В прошлом году специалисты из Google и Гарвардского университета создали первую 3D-карту мозга плодовой мушки. На ней можно увидеть 20 миллионов синапсов, которые связывают между собой 25 миллионов нейронов. Четверть мозга плодовой мушки, нанесенные на карту, стали важной работой в области нейронаук коннектомики, которая изучает структурные связи мозга. Теперь же ученым удалось визуализировать (пусть и крохотный) участок человеческого мозга. Это стало возможным благодаря изъятию мозговой ткани в ходе операции на мозге 45-летней женщины, страдавшей от эпилепсии. Причиной операции стала неэффективность лекарственных препаратов, поэтому хирургам пришлось также удалить здоровые сегменты мозга. Нередко пациенты решают пожертвовать извлеченный материал в исследовательских целях, что и произошло в ходе нового исследования. И все же, самое потрясающее в этой новости заключается в том, что один кубический миллиметр ткани, или один пиксель на МРТ, можно рассмотреть в максимальной детализации онлайн.
Новый взгляд на человеческий мозг показывает его клеточных обитателей во всей их дикой и странной красе. Карта, составленная из крошечного кусочка мозга женщины, показывает различные формы 50 000 клеток и 130 миллионов связей между ними.
Как составить 3D-карту мозга?
Нейробиология, пожалуй, является одной из наиболее сложных наук. Причина заключается в том, что полностью изучить мозг и его работу на сегодняшний день не предоставляется возможным. Как отмечает в своей книге «Кто мы такие? Гены, наше тело, общество» нейрофизиолог, профессор Стэндфордского университета Роберт Сапольски, собираясь на конференциях, ведущие нейробиологи признаются, что понятия не имеют как работает мозг. Настолько все сложно.
И все же, будучи самым непознанным органом человеческого тела, мозг позволил нам совершить несколько знаменательных революций, включая научно-технологическую. Сегодня то, о чем мечтали научные фантасты (и то, о чем не могли подумать) является нашей повседневной жизнью.
Так выглядит участок мозга 45-летней женщины, страдающей от эпилепсии.
Новое открытие можно назвать одним из наиболее знаменательных в своей области: вычислительные программы сшивали полученные изображения вместе, а программы искусственного интеллекта помогали ученым анализировать их. Краткое описание полученного представления было опубликовано в качестве препринта 30 мая на сервере bioRxiv.org. Полный набор данных находится в свободном доступе в Интернете.
Еще больше интересных статей о том, какие тайны мозга удалось узнать ученым за последние несколько лет, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Что именно можно увидеть на карте?
Извлеченный в ходе операции кусочек мозговой ткани составлял, как пишет Science News, примерно миллионную часть объема всего мозга. Он был изъят из коры головного мозга — внешнего слоя мозга, ответственного за формирование сложных мыслей.
После удаления образец был быстро сохранен и окрашен тяжелыми металлами, которые выявили клеточные структуры. Затем мозговую ткань разрезали на более чем 5000 тонких кусочков и сфотографировали с помощью мощных электронных микроскопов. Затем с помощью вычислительных программ и программ искусственного интеллекта вся обработанная информация была объединена и проанализирована.
Необходимо отметить, что на данный момент исследователи только начинают понимать, что вообще находится в отсканированном участке. «Мы только что с головой окунулись в этот набор данных», – сказал соавтор исследования Джефф Лихтман, нейробиолог из Гарвардского университета. Лихтман сравнивает карту мозга с Google Earth:
«Там есть драгоценные камни, которые можно найти, но никто не может сказать, что они все их и правда видели».
Но кое-какие «фантастически интересные» достопримечательности все же появились. Все потому, что наличие большого набора данных позволяет заметить все странное и выделяющееся. Большие объемы данных, помимо прочего, дают представление о том, насколько распространены те или иные типы связей в мозге.
Читайте также: Ученые создали подробную 3D карту мозга плодовой мушки
Молекулярный нейробиолог Сет Грант из Эдинбургского университета отмечает, что, хотя новая карта является ценным инструментом, она показывает только анатомию мозга. Другие исследования помогут прояснить функцию и состав молекул, которые управляют поведением мозга. На данный момент карта является «в значительной степени исследовательским инструментом», говорит он.
Что дальше?
Одним из любопытных моментов для дальнейшего изучения является наблюдение команды за двумя нервными клетками, или нейронами, которые, казалось, были вплетены в симметричный танец. На снимках также были видны аксоны нейронов, посылающие сообщения, образующие сложные спирали, необычные и таинственные завитки, похожие на свернувшихся змей. «Мы никогда не видели ничего подобного», – пишут исследователи.
Мозг — невероятно сложный компьютер, в механизмах работы которого нам только предстоит разобраться.
Это интересно: Как клетки мозга составляют карту воспоминаний?
Эти чрезвычайно подробные карты мозга являются кульминацией многолетних исследований. Это действительно волшебное время в истории, когда ученым доступны разнообразные инструменты для создания подобных карт. И все же, что в конечном итоге покажут эти карты, остается неизвестным – авторы исследования очень осторожно относятся к тому, приведут ли они к глубокому пониманию мозга. Но в будущем нас однозначно ждет много удивительных открытий.
