Това е най-подробната карта на човешките мозъчни връзки, създавана някога

Тази снимка може Това произведение може да е било висящо в художествена галерия, но е започнало живота си като малко парченце от мозъка на жена. През 2014 г. на жена, която претърпя операция за лечение на епилепсия, беше отстранено малко парче от мозъчната й кора. Този кубичен милиметър тъкан позволи на изследователите от Харвард и Google да създадат най-подробната схема на свързване на човешкия мозък, която светът някога е виждал.

Биолози и експерти по машинно обучение прекараха 10 години в изграждане Интерактивна карта Съдържаща 57 000 клетки и 150 милиона синапса, тази диаграма показва клетки, навити около себе си, двойки клетки, които изглеждат идентични, и яйцевидни „обекти“, които според изследването не подлежат на класификация. Тази удивително сложна диаграма се очаква да помогне за напредъка на научните изследвания, от разбирането на човешките невронни вериги до потенциалните лечения за разстройства.

„Ако картографираме нещата с много висока разделителна способност и видим всички връзки между различни неврони и анализираме това в голям мащаб“, казва Даниел Бергер, един от водещите изследователи на проекта, който специализира в конектомиката, науката, която изучава как отделните неврони са свързани, за да образуват функционални мрежи „Най-общо казано, може да сме в състояние да идентифицираме правилата за свързване и от това можем да създадем модели, които механично обясняват как функционира мисленето или съхранението на паметта.“

Джеф Лихтман, професор по молекулярна и клетъчна биология в Харвардския университет, обяснява, че изследователи в неговата лаборатория, ръководени от Алекс Шапсън Куо, са създали мозъчната карта, като са направили подизображения на клетки с помощта на електронен микроскоп. Мозъчната тъкан на 45-годишната жена е оцветена с тежки метали, които се свързват с мастните мембрани в клетките. Това беше направено, за да могат клетките да станат видими, когато се гледат през електронен микроскоп, тъй като тежките метали отразяват електрони.

След това тъканта беше вградена в смола, за да може да бъде нарязана на изключително тънки резени с дебелина само 34 нанометра (за сравнение, типичното парче хартия е с дебелина около 100 000 нанометра). Това беше направено, за да направи картографирането по-лесно, казва Бергер – да превърне 3D проблем в 2D проблем. След това екипът направи изображения с електронен микроскоп на всеки 2D срез, което възлиза на 1,4 петабайта данни.

След като изследователите от Харвард получиха тези изображения, те направиха това, което много от нас правят, когато се сблъскат с проблем: обърнаха се към Google. Екип от технологичния гигант, ръководен от Вирен Джин, подравнява 2D изображения, използвайки алгоритми за машинно обучение, за да произведе 3D реконструкции с автоматично сегментиране, където компонентите в изображението – например различни видове клетки – автоматично се разграничават и класифицират. Част от сегментирането изискваше това, което Лихтман нарече „основни данни за истината“, което включваше ръчно преначертаване на някои текстури от Бергер (който работи в тясно сътрудничество с екипа на Google), за да информира допълнително алгоритмите.

Бергер обяснява, че дигиталната технология му е позволила да види всички клетки в тази тъканна проба и да ги оцвети по различен начин в зависимост от размера им. Традиционните методи за изобразяване на неврони, като оцветяване на проби с химикал, известен като оцветяване на Голджи, който се използва повече от век, оставят някои елементи от нервната тъкан скрити.