Mózg w ekstremalnym przybliżeniu. "Kawałek zajmuje tysiące terabajtów"

Chociaż milimetr sześcienny tkanki mózgowej może wydawać się niewielki, kryje on sporo tajemnic. W tak małym wycinku kryje się bowiem 57 tysięcy komórek, 230 milimetrów naczyń krwionośnych i aż 150 milionów połączeń międzykomórkowych. Z uwagi na gęste upakowanie neuronów, dokładna obserwacja struktur w mózgu może być trudna. Naukowcom z Uniwersytetu Harvarda oraz Google Research udało się stworzyć najdokładniejszą jak do tej pory mapę wycinka mózgu, która pozwala nam zobaczyć ten ważny organ z zupełnie innej perspektywy.

W opracowywaniu wyników uczestniczył Polak dr Michał Januszewski, pracujący dla Google Research w Zurychu.

Opublikowane na łamach czasopisma "Science" badanie zostało oparte o próbkę płatu skroniowego pobranego od pacjenta. Naukowcy przeprowadzili jego szczegółowe obserwacje pod mikroskopem elektronowym, generując ponad 1400 terabajtów danych (jeden terabajt to tysiąc gigabajtów). Na ich podstawie opracowano szczegółowy, trójwymiarowy model fragmentu, uwzględniający lokalizację poszczególnych komórek i ich wzajemne połączenia. W jego konstrukcji wykorzystano także algorytmy sztucznej inteligencji.

- Słowo 'fragment' może brzmieć ironicznie - powiedział Jeff Lichtman z Uniwersytetu Harvarda, współautor analizy. - Większości z nas terabajt wydaje się ogromny, a nawet taki kawałek zajmuje tysiące terabajtów.

Mapa mózgu pozwoliła naukowcom zaobserwować struktury, które do tej pory pozostawały niewidoczne. Jednym z nich była grupa komórek połączona 50 synapsami - miejscami, gdzie sygnał transportowany jest z jednego neuronu na drugi. Zespół zauważył również pewne nieprawidłowości w tkance. Przykładowo, niektóre komórki tworzyły rozległe, spiralne lub koncentryczne struktury. Badacze nie byli pewni ich podłoża - jak wyjaśnili, mogły to być zmiany chorobowe, ponieważ próbka mózgu została pobrana od pacjenta cierpiącego na epilepsję.

Powyższy model to owoc prawie dekady pracy nad rekonstrukcją połączeń nerwowych w mózgach ssaków. Ostatecznym celem projektu jest stworzenie kompleksowej mapy mysiego mózgu, co wymaga przeanalizowania około 1000 razy więcej danych niż zebrano podczas obecnego badania. Lichtman wyjaśnił, że takie modele pozwoliłyby uzyskać wgląd w funkcjonowanie mózgu i genezę chorób, o których naukowcy wciąż wiedzą bardzo niewiele.

Zespół badaczy opracował zestaw publicznie dostępnych narzędzi, których naukowcy mogą używać do badania sieci połączeń nerwowych. Następnie autorzy planują zając się badaniami hipokampa myszy - ta część mózgu jest ważna w neurologii ze względu na rolę, jaką odgrywa w zapamiętywaniu faktów.