Проследить за серыми клеточками. Goggle и Гарвард создали сверхдетализированную карту мозга

Проследить за серыми клеточками. Goggle и Гарвард создали сверхдетализированную карту мозга

23 Jun 2021
37
Прослушать

Человеческий мозг - это самый невероятно сложный компьютер, который когда-либо существовал, и составить карту этого плотного клубка нейронов, синапсов и других клеток практически невозможно. Но инженеры из Google и Гарварда сделали лучшую попытку, создав доступную для просмотра и поиска 3D-карту небольшого участка коры головного мозга человека.

Около 86 миллиардов нейронов, соединенных 100 триллионами синапсов, представляют собой сложнейшую задачу - выяснить, что именно делает каждый из них и как эти связи формируют основу мышления, эмоций, памяти, поведения и сознания. Однако, как бы это ни было сложно, группы ученых по всему миру, засучив рукава, пытаются построить схему проводки человеческого мозга - так называемый "коннектом".

В прошлом году американские ученые из Google и Медицинского института Говарда Хьюза создали коннектом мозга плодовой мушки, которая охватывает около половины всего мозга насекомого. Теперь Google и Лаборатория Лихтмана в Гарварде выпустили аналогичную модель крошечного участка человеческого мозга.

Слева: небольшой участок набора данных. Справа: Подграф нейронов, возбуждающие нейроны выделены зеленым цветом, а тормозные - красным.

Слева: небольшой участок набора данных. Справа: Подграф нейронов, возбуждающие нейроны выделены зеленым цветом, а тормозные - красным.

Исследователи начали с образца, взятого из височной доли коры головного мозга человека, размером всего 1 мм3. Он был окрашен для визуальной четкости, покрыт смолой для сохранения, а затем разрезан на 5 300 срезов толщиной около 30 нанометров (нм). Затем они были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа с разрешением до 4 нм. В результате было создано 225 миллионов двухмерных изображений, которые затем были сшиты в единый 3D-объем.

Алгоритмы машинного обучения сканировали образец, чтобы определить различные клетки и структуры внутри. После нескольких проходов различных автоматизированных систем человеческие глаза "проверяли" некоторые клетки, чтобы убедиться, что алгоритмы правильно их идентифицировали.

Конечный результат, который Google называет набором данных H01, является одной из самых полных карт человеческого мозга, когда-либо составленных. Она содержит 50 000 клеток и 130 миллионов синапсов, а также более мелкие сегменты клеток, такие как аксоны, дендриты, миелин и реснички. Но, пожалуй, самая ошеломляющая статистика заключается в том, что все это занимает 1,4 петабайта данных - это более миллиона гигабайт.

И это лишь крошечный фрагмент всего существа - Google утверждает, что образец составляет лишь одну миллионную часть объема всего человеческого мозга. Очевидно, что для расширения масштаба потребуется огромная работа, а также поиск способа хранения огромного объема данных и разработка способа их организации и доступа к ним.

Пока команда начинает решать эти проблемы, набор данных H01 уже доступен в Интернете для исследователей и любопытных наблюдателей. Сопутствующая препринтная статья с описанием работы также доступна на сайте bioRxiv.