Zložito detailná 1 400 terabajtová 3D mapa mozgu

Spoločné úsilie medzi Harvardom a Google dosiahlo veľký prelom vo vede o mozgu, vytvorilo sa komplexná 3D mapa malej časti ľudského mozgu, ktorá odhaľuje zložité nervové interakcie a celý mozog myši. Bol pripravený základ pre mapovanie.

Jeden kubický milimeter mozgového tkaniva sa nemusí zdať veľa. Ale ak vezmeme do úvahy, že malý štvorec obsahuje 57 000 buniek, 230 milimetrov krvných ciev a 150 miliónov synapsií, čo predstavuje celkovo 1 400 terabajtov údajov, výskumníci z Harvardu a Google mohli práve dosiahnuť niečo veľmi veľké.

Jeff Lichtman, Jeremy R. Profesor molekulárnej a bunkovej biológie. Harvardský tím vedený profesorom Knowles a novovymenovaným dekanom vedy sa spojil s výskumníkmi Google, aby vytvorili doteraz najväčšiu 3D rekonštrukciu výrezu ľudského mozgu v synaptickom rozlíšení. Každá bunka a jej sieť nervových spojení sú detailne znázornené v kúsku ľudskej temporálnej kôry o veľkosti polovice zrnka ryže.

Technologický pokrok v neurovede

Pôsobivý úspech, publikovaný v časopise Veda, posledná z takmer 10-ročnej spolupráce s vedcami z Google Research, kombinuje Lichtmanovo zobrazovanie pomocou elektrónovej mikroskopie s algoritmami AI na farebné kódovanie a rekonštrukciu extrémne zložitého zapojenia mozgu cicavcov. Traja spoluprví autori článku sú bývalý postdoktorandský výskumník z Harvardu Alexander Shapson-Coe; Michael Januszewski z Google Research a postdoktorandský výskumník z Harvardu Daniel Berger.

Konečným cieľom spolupráce, podporovanej o Iniciatíva národného inštitútu zdravia BRAINCieľom je vytvoriť mapu neurónového zapojenia celého mozgu myši s vysokým rozlíšením, ktorá bude zahŕňať asi 1000-násobok množstva údajov produkovaných z kúska 1-kubického milimetra ľudskej kôry.

Poznatky z najnovších mozgových máp

„Slovo „kúsok“ je ironické,“ povedal Lichtman. „Terabajt je pre väčšinu ľudí obrovský, no kúsok ľudského mozgu – maličký, maličký kúsok ľudského mozgu – stále zodpovedá tisíckam terabajtov.“

Najnovšia mapa Science obsahuje doteraz nevídané detaily štruktúry mozgu, vrátane vzácneho, ale výkonného súboru axónov spojených 50 synapsiami. Tím si tiež všimol zvláštnosti v tkanive, ako napríklad menší počet axónov, ktoré tvorili širšie kruhy. Keďže ich vzorka bola odobratá od pacienta trpiaceho epilepsiou, nie sú si istí, či sú takéto abnormálne štruktúry patologické alebo jednoducho zriedkavé.

oblasti konektomiky

Lichtmanovou oblasťou je „connectomika“, ktorá sa pokúša vytvoriť komplexný katalóg štruktúry mozgu, až po jednotlivé bunky a káble, analogicky s genomikou. Takéto kompletné mapy by vydláždili cestu k novým poznatkom o funkcii mozgu a chorobách, o ktorých vedci stále vedia veľmi málo.

Špičkové algoritmy AI od spoločnosti Google umožňujú rekonštrukciu a mapovanie mozgového tkaniva v troch rozmeroch. Tím tiež vyvinul súbor verejne dostupných nástrojov, ktoré môžu výskumníci použiť na preskúmanie a interpretáciu konektómu.

budúce smery

„Vzhľadom na obrovské investície do tohto projektu bolo dôležité prezentovať výsledky tak, aby z nich mohol mať úžitok každý,“ povedala Viren Jain, spolupracovníčka Google Research.

Tím sa bude ďalej zaoberať formáciou myšacieho hipokampu, ktorá je dôležitá pre neurovedu pre svoju úlohu v pamäti a neurologických ochoreniach.

Odkaz: „Rekonštruovaný petavoxelový rez ľudskej mozgovej kôry nanoúrovni „Resolution“ Alexander Shapson-Coe, Michael Januszewski, Daniel R. Berger, Art Pope, Yuelong Wu, Tim Blakely, Richard L. Schallek, Peter H. Lee, Shuohong Wang, Jeremy Matin-Shepard, Neha Carlupia, Sven Dorkenwald, Evelina Sjostedt, Laramie Levitt, Dongyl Lee, Jacob Troidel, Forrest Coleman, Luke Bailey, Anjerika Fitzmaurice, Rohin Carr, Benjamin Fields, Hank Wu, Julian Wagner-Carena, David Alley, Joanna Lau, Judy Lin, Donglai Wei, Hanspeter Pfister atď. Peleg, Viren Jain a Jeff W. Lichtman, 10. máj 2024. Veda,
DOI: 10.1126/science.adk4858