- Исследователи составили карту крошечного участка человеческого мозга с поразительной детализацией. Полученный клеточный атлас доступен в сети и показывает новые схемы связей между клетками мозга (нейронами), клетки, которые оборачиваются вокруг себя, образуя узлы, и пары нейронов, которые являются почти зеркальным отражением друг друга.
Рендеринг на основе данных электронного микроскопа, показывающий положение нейронов во фрагменте коры головного мозга. Нейроны окрашены в зависимости от размера. Фото: Google Research и лаборатория Лихтмана (Гарвардский университет). Рендеры Д. Бергера (Гарвардский университет)
- Трёхмерная карта занимает объем всего около одного кубического миллиметра (одна миллионная часть всего мозга) и содержит примерно 57 000 клеток и 150 миллионов синапсов — связей между нейронами. Она включает в себя 1,4 петабайта (!) данных.
- Фрагменты мозга
Фрагмент мозга взяли у 45-летней женщины во время операции по лечению эпилепсии. Он был взят из коры головного мозга, той части, которая участвует в обучении, решении проблем и обработке сенсорных сигналов. Образец погрузили в консерванты и окрасили тяжёлыми металлами, чтобы клетки было легче разглядеть. Затем невролог Джефф Лихтман из Гарвардского университета в Кембридже (штат Массачусетс) и его коллеги сделали 5000 срезов толщиной 34 нанометра, которые можно было изучать с помощью электронных микроскопов.
После этого команда учёных создала модели искусственного интеллекта, которые смогли соединить изображения, полученные с помощью микроскопа, и реконструировать весь образец в 3D.
Здесь изображён один нейрон (белый) с 5600 аксонами (синие), которые к нему подключаются. Синапсы, обеспечивающие эти связи, показаны зелёным цветом. Фото: Google Research и лаборатория Лихтмана (Гарвардский университет). Рендеры Д. Бергера (Гарвардский университет)
- При детальном изучении модели исследователи обнаружили нестандартные нейроны, в том числе такие, которые имели до 50 связей друг с другом. Обычно между двумя нейронами существует не более пары связей. В других местах модель показала нейроны с усиками, которые завязывали узлы вокруг себя.
Команда также обнаружила пары нейронов, которые были почти идеальными зеркальными отражениями друг друга. Учёные обнаружили две группы, которые направляли свои дендриты в двух разных направлениях, и иногда наблюдалась своего рода зеркальная симметрия. Неясно, какую роль эти особенности играют в мозге.
Требуются коррективы
Карта настолько велика, что большую её часть ещё предстоит проверить вручную, и она всё ещё может содержать ошибки, возникшие в процессе сшивания столь большого количества изображений. Сотни клеток были «скорректированы», но это всего длишь несколько процентов из 50 000 клеток. Возможно, другие учёные помогут скорректировать интересующие их части карты. Команда планирует создать аналогичные карты образцов мозга других людей, но карта всего мозга вряд ли появится в ближайшие несколько десятилетий.
Более глубокое понимание того, как работает кора головного мозга, может дать подсказку о том, как лечить некоторые психиатрические и нейродегенеративные заболевания. Эта карта предоставляет такие детали, которые могут раскрыть новые правила нейронных связей и может помочь расшифровать внутреннюю работу человеческого мозга.