Naukowcy z niespotykaną dotąd szczegółowością zrekonstruowali schemat połączeń we fragmencie mózgu, który został pobrany z kory 45-letniej kobiety operowanej z powodu padaczki.

Dzięki współpracy z ekspertami z Google w dziedzinie uczenia maszynowego udało się zmapować obwody nerwowe, połączenia, komórki pomocnicze i dopływ krwi. Badany fragment miał zaledwie milimetr sześcienny tkanki i został podzielony na ponad 5 tys. próbek. Obraz z mikroskopu elektronowego ujawnił 57 tys. pojedynczych komórek, 150 m połączeń nerwowych i 23 cm naczyń krwionośnych.

"Celem badań było uzyskanie obrazu w wysokiej rozdzielczości najbardziej tajemniczego fragmentu ciała, który każdy z nas nosi między ramionami" – powiedział w rozmowie z „The Guardian” Jeff Lichtman, profesor biologii molekularnej i komórkowej na Harvardzie, mówiąc o korze mózgowej. W jego opinii wiele szczegółów odkrytych podczas badań nie zostało do tej pory opisanych w podręcznikach. "Nie rozumiem ich, ale mogę stwierdzić, że sugeruje to istnienie przepaści między tym, co wiemy, a tym, co powinniśmy wiedzieć" – dodał.

Naukowcy poinformowali, że tkanka została podzielona na fragmenty 1000 razy cieńsze niż ludzki włos. Następnie wykonano zdjęcia pod mikroskopem elektronowym, aby poznać strukturę mózgu z dokładnością do nanoskali czyli tysięcznych części milimetra. Po tym etapie algorytmy prześledziły ścieżki neuronów i innych komórek w poszczególnych sekcjach. Jak podaje "The Guardian" obraz zajmował pamięć o wartości 1,4 petabajta, co odpowiada 14 tys. pełnometrażowych filmów w rozdzielczości 4K.

Badacze przyznają, że wśród zaskakujących odkryć znajdują się tak zwane neurony piramidalne, których podstawy wystają z dużych gałęzi zwanych dendrytami. Wykazały one osobliwą symetrię, gdyż niektóre z nich były skierowane do przodu, a inne do tyłu. Zaobserwowano także ciasne zwoje aksonów, czyli cienkich włókien przenoszących sygnały z jednej komórki mózgowej do drugiej, które wyglądały jakby utknęły na rondzie, zanim zidentyfikowały właściwą drogę przekazania sygnału.

Szczegółowe wyniki badań zostały opublikowane w piątek w czasopiśmie "Science" w artykule "A petavoxel fragment of human cerebral cortex reconstructed at nanoscale resolution" (https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4858).

Naukowcy stwierdzili, że na ten moment nie planują zmapowania całego ludzkiego mózgu, gdyż jest to zbyt trudne pod względem technicznym. Jednocześnie zapowiadają współpracę z innymi uniwersytetami oraz z Google przy badaniach obwodów mózgowych myszy.(PAP)

mzb/ bar/