Ученые показали самое детальное воспроизведение человеческого мозга (Фото)

Имея более 1,4 петабайта данных электронной микроскопии, группа ученых реконструировала крохотный кубический сегмент человеческого мозга. Это всего лишь миллиметр с каждой стороны, но в этом микроскопическом пространстве упаковано 57 000 клеток, 150 миллионов синапсов и 230 миллиметров ультратонких вен.

Это работа почти десятилетия, это самое крупное и детальное воспроизведение человеческого мозга на сегодняшний день, вплоть до разрешения синапсов — структур, которые позволяют нейронам передавать сигналы между собой. Исследование было опубликовано в журнале Science.

Підписуйтеcь на наш Telegram-канал Lenta.UA - ЄДИНІ незалежні новини про події в Україні та світі

«Слово «фрагмент» иронично», — говорит нейробиолог Джефф Лихтман из Гарвардского университета. «Для большинства людей терабайт является гигантским, однако фрагмент человеческого мозга – всего лишь крохотный, крохотный кусочек человеческого мозга – по-прежнему составляет тысячи терабайт».

Человеческий мозг известен своей сложностью. Во всем животном мире функции, выполняемые большинством жизненно важных органов, более или менее одинаковы, но человеческий мозг находится в отдельной лиге.

Также очень трудно учиться; Там происходит так много всего, в таких мельчайших масштабах, что мы не можем понять синаптические схемы в деталях.

Каждый человеческий мозг содержит миллиарды нейронов, посылающих сигналы туда и обратно через триллионы синапсов — командный центр, из которого управляется человеческое тело.

Более глубокое понимание того, как работает этот невероятно сложный орган, могло бы принести огромную пользу нашим исследованиям функций мозга и нарушений — от травм до психических заболеваний и деменции.

С этой целью Лихтман и его коллеги работают над тем, что они называют «коннектомом» — картой мозга и всех его связей, которая могла бы помочь лучше понять, когда эта связь искривлена.

Текущая цель проекта коннектомики — воспроизведение всего мозга мыши, но использование аналогичных методов для реконструкции хотя бы сегментов человеческого мозга может только ускорить наши знания.

Реконструкция команды была основана на образце человеческого мозга, удаленном у пациента с эпилепсией во время операции по доступу к основному поражению. Образец был зафиксирован, окрашен тяжелыми металлами для подчеркивания деталей, залит смолой и разделен на 5019 срезов средней толщиной 33,9 нанометров, собранных на ленте.

Исследователи использовали высокопроизводительную последовательную электронную микроскопию, чтобы получить изображение этого крошечного кусочка ткани с ошеломляющими деталями, получив 1,4 петабайта (1400 терабайт) данных.

Эти данные были проанализированы с помощью специально разработанных методов и алгоритмов, в результате чего, по словам исследователей , была создана «3D-реконструкция почти каждой клетки и процесса в выровненном объеме».

Эта реконструкция, названная H01 , уже раскрыла некоторые ранее невидимые детали человеческого мозга. Команда была удивлена, отметив, что количество глиальных , или ненейрональных клеток, превосходило нейроны в образце в соотношении 2:1, а наиболее распространенным типом клеток были олигодендроциты – клетки, которые помогают покрывать аксоны защитным миелином.

У каждого нейрона были тысячи относительно слабых связей, но исследователи обнаружили редкие, мощные наборы аксонов, соединенных 50 синапсами. И они обнаружили, что небольшое количество аксонов образуют необычные обширные завитки.

Поскольку образец был взят у пациента с эпилепсией, неясно, являются ли это нормальными, но редкими особенностями человеческого мозга или связаны с расстройством пациента. В любом случае, работа выявила огромную широту и глубину пропасти в нашем понимании мозга.

Следующий шаг в работе команды предполагает попытку понять формирование гиппокампа мыши — области мозга, активно участвующей в обучении и памяти.

«Если мы дойдем до того, что исследование всего мозга мыши станет рутиной, можно будет подумать о том, чтобы сделать это, скажем, на животных моделях аутизма », — объяснил Лихтман The Harvard Gazette.

«Существует такой уровень понимания мозга, которого в настоящее время не существует. Мы знаем о внешних проявлениях поведения. Мы знаем о некоторых молекулах, которые возмущены. Но между схемами соединений до сих пор не было никакого способа увидеть их. Теперь есть способ».

Фото: Science

Читайте также: Названы продукты, которые улучшают здоровье мозга

Читайте также: Искусственный интеллект доказал принципиальные отличия между мозгом мужчин и женщин