Google и Гарвард представили самую подробную карту фрагмента человеческого мозга

Исследователи из Гарвардского университета совместно с сотрудниками подразделения Google Research создали самую подробную на настоящий момент карту связей в человеческом мозге, сообщает NewScientist. Карта включает в себя 50 000 клеток в 3D-формате, образующих 130 миллионов соединений, называемых синапсами.

Набор данных настолько велик, что исследователи еще не изучили его подробно. Ученые сравнивают эту карту мозга с геномом человека, который продолжает изучаться и через 20 лет после того, как были опубликованы первые наброски.

Это первый случай картирования такого большого участка человеческого мозга. Работа началась с того, что гарвардские ученые получили крошечный кусочек мозга 45-летней женщины с лекарственно-устойчивой эпилепсией. Ей сделали операцию по удалению левого гиппокампа, вызывающего припадки. Во время вмешательства хирургам пришлось удалить также часть здоровой мозговой ткани, которая покрывала гиппокамп.

Ученые поместили образец в консерванты, а затем окрашивали его тяжелыми металлами, например осмием ­– благодаря этому внешние мембраны каждой клетки стали видны под электронным микроскопом. После этого они поместили фрагмент в смолу, чтобы он затвердел. И наконец разрезали его на ломтики толщиной около 30 нанометров – около одной тысячной ширины человеческого волоса – и сделали изображение каждого среза с помощью электронного микроскопа.

Сотрудники Google в свою очередь придали изображениям трехмерность и с помощью искусственного интеллекта реконструировали усики, связывающие один нейрон с другим, и маркировали различные типы клеток.

Карта уже позволила обнаружить новую информацию о том, как устроен наш мозг. Оказалось, что существует резкое несоответствие в количестве связей между нейронами. Обычно, когда усик от одного нейрона проходил близко к другому, он формировал только один синапс – место контакта, максимум два-четыре. Но иногда усики образовывали до 20 синапсов на одном нейроне – то есть, вероятно, усик сам по себе способен вызвать активизацию нейрона. Ученые предполагают, что такие мультисинапсные связи лежат в основе усвоенного поведения – например, реакции торможения при виде красного света светофора. Сверхпрочные соединения позволяют информации быстро проходить по сети.

Команда также обнаружила таинственные пары нейронов глубоко в коре головного мозга – две клетки, направленные точно в противоположном направлении на одной и той же оси. Природа этого явления пока неизвестна.

Для картирования всего человеческого мозга потребуется набор данных примерно в 1000 раз больше – зеттабайт. Такой объем сопоставим с количеством цифрового контента, генерируемого на всей нашей планете за год. Но нужно ли это делать, неясно. Есть вероятность, что каждый мозг чем-то отличается от любого другого. Полезнее, по мнению ученых, было бы изучение того, как карта клеток отличается у людей с проблемами психического здоровья. Это помогло бы понять, как проявляются такие расстройства, как шизофрения.

Карта находится в свободном доступе на сайте.