Исследователи совершили значительный прорыв в изучении мозга человека, реконструировав крошечный участок ткани мозга вплоть до отдельных синапсов. Этот кубический миллиметр мозга, размером примерно с рисовое зернышко, содержит поразительное количество структур: 57 000 клеток, 230 миллиметров крошечных кровеносных сосудов и почти 150 миллионов синаптических связей.
Как это работает?
Для создания карты ученые использовали образец ткани мозга, полученный у пациентки с эпилепсией во время хирургической операции по контролю приступов. Образец обработали специальными веществами для улучшения контрастности, затем залили смолой и разрезали на 5000 тончайших срезов, толщина каждого из которых составляет примерно тысячную часть человеческого волоса.
Далее, для сканирования каждого среза использовалась электронная микроскопия с высокой пропускной способностью. В результате этого процесса было получено колоссальное количество сырых данных - 1,4 петабайта. Затем, с помощью метода машинного обучения, команда Google объединила и реконструировала все двумерные изображения в подробный трехмерный набор данных.
Почему это важно?
Полученная карта мозга имеет самое высокое разрешение из когда-либо созданных. Она охватывает кубический миллиметр, который составляет миллионную часть всего мозга. Для хранения полной карты мозга человека потребовалось бы колоссальное количество памяти - 1,6 зеттабайт. Для размещения такого объема данных понадобился бы дата-центр стоимостью 50 миллиардов долларов, занимающий площадь 57 гектаров.
Изучение карты уже позволило сделать неожиданные открытия о строении мозга на клеточном уровне. В частности, оказалось, что вспомогательных клеток, поддерживающих и изолирующих нейроны, в два раза больше, чем самих нейронов. Самым распространенным типом таких клеток являются олигодендроциты, которые образуют защитную миелиновую оболочку вокруг нервных волокон - аксонов.
В среднем каждый нейрон мозга связан с тысячами других нейронов. Однако ученые также обнаружили редкие случаи, когда отдельные аксоны формировали более 50 мощных синаптических связей с одним нейроном. Были найдены и аксоны, свернутые в длинные переплетенные "вихри", назначение которых пока неясно.
Поскольку образец ткани был получен у пациентки с эпилепсией, некоторые из этих необычных структур могут быть связаны с заболеванием, а не с нормальной анатомией мозга. Тем не менее, этот проект имеет огромный потенциал для расширения наших знаний о невероятной архитектурной сложности мозга на клеточном уровне. Ведь по сей день мы поразительно мало знаем о том, как функционирует "аппаратное обеспечение" человеческого мозга.
Исследователи со всего мира могут получить бесплатный доступ к карте через веб-платформу Neuroglander. Это позволит им изучать работу коры головного мозга человека и процессы хранения памяти с беспрецедентным разрешением.
