Google и Харвард разкриват най-подробната карта на човешкия мозък

име= " записка на редактора " class= " editor-note inline-placeholder " data-article-gutter= " true " > Регистрирайте се за научния бюлетин на Wonder Theory на CNN..

Преди 10 години доктор Джеф Лихтман - професор по молекулярна и клетъчна биология в Харвардския университет - получи дребна мозъчна проба в своята лаборатория.

Макар и дребен, 1 пространствен милиметър тъкан беше задоволително огромен, с цел да съдържа 57 000 кафези, 230 милиметра кръвоносни съдове и 150 милиона синапса.

„ Беше по-малко от оризово зърно, само че започнахме да го режем и да го преглеждаме и беше в действителност красиво “, сподели той. „ Но до момента в който натрупвахме данните, осъзнах, че просто разполагаме с доста повече, в сравнение с можем да понесем. “

В последна сметка Лихтман и неговият екип стигнаха до 1400 терабайта данни от извадката - почти наличието на над 1 милиард книги. Сега, след десетилетие на тясно съдействие на лабораторния екип с учени от Гугъл, тези данни се трансфораха в най-подробната карта на проба от човешки мозък, създавана в миналото.

300 милиона изображения

Мозъчната проба идва от пациент с тежка епилепсия. Това е общоприета процедура, сподели Лихтман, да се отстрани дребна част от мозъка, с цел да се спрат гърчовете, и по-късно да се огледа тъканта, с цел да се увери, че е естествена. „ Но беше анонимизиран, тъй че не знаех съвсем нищо за пациента, с изключение на възрастта и пола им “, сподели той.

За да проучват тестът, Лихтман и неговият екип първо я нарязват на тънки елементи благодарение на нож с острие, направено от елмаз. След това секциите бяха вградени в твърда смола и нарязани още веднъж, доста фино. „ Около 30 нанометра, или почти 1000 от дебелината на човешкия косъм. Те бяха на практика невидими, в случай че не беше фактът, че ги бяхме оцветили с тежки метали, което ги направи забележими при правене на електронни изображения “, сподели той.

В последна сметка екипът получи няколко хиляди резена, които бяха взети с направена по поръчка лента, създавайки нещо като кино лента: „ Ако извършите фотография на всяка от тези секции и подравните тези фотоси, получавате триизмерно парче на мозъка на микроскопично равнище.

Тогава откривателите осъзнаха, че се нуждаят от помощ с данните, защото получените изображения ще заемат доста количество място за предпазване.

Лихтман знаеше, че Гугъл работи върху цифрова карта на мозъка на плодова мушица, оповестена през 2019 година, и разполагаше с верния компютърен хардуер за тази работа. Той се свърза с Вирен Джейн, старши теоретичен помощник в Гугъл, който работеше по плана за плодова муха.

„ Имаше 300 милиона обособени изображения (в данните на Харвард) “, сподели Джейн. „ Това, което го прави толкоз доста, е, че изобразявате с доста висока резолюция, равнището на самостоятелен синапс. И единствено в тази дребна проба от мозъчна тъкан имаше 150 милиона синапса.

За да осмислят изображенията, учените от Гугъл използваха обработка и разбор, основани на изкуствен интелект, като идентифицираха какъв вид кафези има във всяка фотография и по какъв начин са свързани. Резултатът е интерактивен 3D модел на мозъчната тъкан и най-големият набор от данни, юридически в миналото при тази резолюция на човешка мозъчна конструкция. Гугъл го направи наличен онлайн като „ Neuroglancer “ и по същото време беше оповестено изследване в списание Science, като Лихтман и Джайн са измежду съавторите.

Разбиране на мозъка

Сътрудничеството сред екипите на Харвард и Гугъл докара до цветни изображения, които вършат обособените съставни елементи по-видими, само че другояче са правилно показване на тъканта.

„ Цветовете са изцяло случайни “, изясни Джейн, „ само че също така, тук няма доста артистична независимост. Целият смисъл на това е, че ние не си измисляме - това са същинските неврони, същинските жици, които съществуват в този мозък, и ние в действителност го вършим комфортен и наличен за биолозите да го преглеждат и учат.

Данните съдържаха някои изненади. Например, вместо да образуват една връзка, двойките неврони вместо това имат повече от 50. „ Това е нещо като в случай че две къщи в блок имат 50 обособени телефонни линии, които ги свързват. Какво става там? Защо са толкоз мощно свързани? Все още не знаем каква е функционалността или смисъла на това събитие, ще би трябвало да го проучим в допълнение “, сподели той.

В последна сметка, наблюдението на мозъка на това равнище на подробност може да помогне на откривателите да осмислят неразрешените медицински положения, съгласно Лихтман.

„ Какво значи да разберем нашия мозък? Най-доброто, което можем да създадем, е да го опишем и да се надяваме, че от тези описания ще пристигна осъзнаване, да вземем за пример, за това по какъв начин естествените мозъци са разнообразни от мозъците, които са смутени, при възрастни психиатрични болести или разстройства на развиването като аутистичния набор - този тип съпоставяне ще бъде доста скъпо “, сподели той. „ В последна сметка това ще ни даде известна визия какво не е наред, за което в множеството случаи към момента сме на мрачно. “

Лихтман също има вяра, че наборът от данни може да е цялостен с други невероятни детайлности, които заради размера му към момента не са открити: „ И по тази причина го споделяме онлайн, тъй че всеки да може да го огледа и да откри неща “, той прибавен.

След това екипът зад плана има за цел да сътвори цялостна карта на мозъка на мишка, която ще изисква сред 500 и 1000 пъти повече данни от тестът от човешкия мозък.

„ Това би означавало 1 екзабайт, което е 1000 петабайта “, сподели Лихтман. „ Много хора обмислят интензивно по какъв начин ще създадем това и сме в първата година от петгодишно доказателство за правилото. Мисля, че това би бил повратен миг за неврологията, да има цялостна скица на свързване на мозъка на бозайник; ще отговори на доста, доста въпроси. И несъмнено, това ще разкрие доста повече проблеми, неща, които не сме очаквали.

Какво ще кажете за картографиране на цялостен човешки мозък? Това би било още 1000 пъти по-голямо, изясни Лихтман, което значи, че данните ще възлизат на 1 зетабайт. През 2016 година това беше размерът на целия интернет трафик за годината, съгласно Cisco. В момента, сподели Лихтман, освен би било мъчно даже да се запазят толкоз доста данни, само че няма да има етично допустим метод за намиране на непорочен, добре непокътнат човешки мозък.