گوگل و هاروارد یک نقشه با جزئیات بی‌سابقه از یک تکه کوچک مغز انسان تهیه کردند

تیمی از دانشمندان هاروارد و گوگل نقشه ای سه بعدی با وضوح نانو یک میلی متر مکعب از مغز انسان تهیه کرده اند. اگرچه این نقشه تنها بخش کوچکی از مغز را نشان می دهد – کل مغز یک میلیون بار بزرگتر است – این مکعب تقریباً شامل 57000 سلول، 230 میلی متر رگ خونی و تقریباً 150 میلیون سیناپس است. این نقشه در حال حاضر دارای بالاترین وضوح تصاویر موجود از مغز انسان است.

برای تهیه این نقشه دقیق، دانشمندان مجبور شدند نمونه بافت مغز را به 5019 برش به ضخامت 33.9 نانومتر تقسیم کنند و آن را با میکروسکوپ الکترونی پرسرعت اسکن کنند. آنها از یک مدل یادگیری ماشینی برای پیوند دادن این تصاویر به یکدیگر و برچسب گذاری اجزای آن استفاده کردند.

داده های خام این تصویر به تنهایی 1.4 پتابایت (1400 ترابایت) بود. که احتمالا بزرگترین کار کامپیوتری این در زمینه علوم اعصاب است.

سایر اطلس های مغز انسان انسان ها وجود دارند، اما بسیاری از آنها وضوح بسیار پایین تری دارند. در مقیاس نانو، دانشمندان می توانند تشخیص دهند نورون ها به سیناپس هایی که نورون ها به یکدیگر متصل می شوند. چنین نقشه ای برای درک چگونگی عملکرد مغز، پردازش اطلاعات و ذخیره خاطرات ضروری است.

انواع مختلفی از اطلس مغز وجود دارد. برخی با نظم بین سلول ها سروکار دارند، برخی دیگر با بیان ژن. این نقشه بر روی اتصالات بین سلول ها تمرکز می کند، زمینه ای به نام کانکتومیک.

بیرونی ترین لایه مغز شامل حدود 1.6 میلیارد نورون است که تریلیون ها ارتباط با یکدیگر برقرار می کنند. یک نورون واحد می تواند اطلاعاتی را از صدها یا هزاران نورون دیگر دریافت کند یا به آنها ارسال کند. به همین دلیل است که ردیابی این ارتباطات حتی در یک منطقه بسیار کوچک از مغز بسیار دشوار است.

ساخت دقیق ترین نقشه از مغز انسان

دانشمندان برای تهیه این نقشه با موانع زیادی روبرو شدند. اولین مشکل یافتن نمونه بافت مغز بود. مغز بلافاصله پس از مرگ تجزیه می شود، بنابراین بافت مرده برای این منظور مناسب نیست. دانشمندان بخش کوچکی از مغز یک زن مبتلا به صرع را در حین جراحی برداشتند.

آنها بلافاصله نمونه را در رزین قرار دادند تا از تجزیه آن جلوگیری کنند. سپس به ورقه های بسیار نازک بریده شده و با میکروسکوپ الکترونی پرسرعت اسکن می شود. این میکروسکوپ مخصوص این پروژه طراحی شده است.

چالش بعدی مربوط به عملیات کامپیوتری بود. دانشمندان از یک مدل یادگیری ماشینی گوگل استفاده کردند تا برش ها را در کنار هم قرار دهند، هر یک را نسبت به یکدیگر تراز کنند، اجزای آنها را با رنگ های مختلف متمایز کنند و اتصالات را پیدا کنند. این بسیار سخت‌تر از آن چیزی است که به نظر می‌رسد، زیرا یک اشتباه می‌تواند باعث شود همه اتصالات یک سلول به اشتباه بروند.

مقاله مربوط به این مطالعه را می توانید در آدرس زیر مشاهده کنید دروازه تحقیق یا دفتر خاطرات علوم پایه مشاهده علاوه بر این، این نقشه به صورت رایگان در وب سایتی به نام موجود است نوروگلنسر در دسترس. دانشمندان توانسته اند چیزهایی را در این نقشه پیدا کنند که آنها دانش قبلی را تداعی می کنند; به عنوان مثال، آکسون های طولانی که به دور خود می پیچند یا آکسون هایی که اتصالات تکراری ایجاد می کنند.