Bendradarbiaudami Harvardo universiteto ir „Google“ mokslininkai sudarė neregėto detalumo suaugusio žmogaus smegenų žemėlapį. Jame matyti maždaug 57 000 neuronų, 230 milimetrų kraujagyslių ir 150 milijonų sinapsių – jungčių tarp nervinių ląstelių, skelbia „Live Science“.
1 neuronas (baltas) ir prie jo prisijungę 5600 aksonų (mėlyni), žalia spalva pavaizduotos sinapsės / „Google Research“ ir J. Lichtmano laboratorijos (Harvardo universiteto) iliustracija
Daugiau nei 10 metų trukusiam projektui vadovavęs Harvardo universiteto molekulinės ir ląstelinės biologijos profesorius dr. Jeffas Lichtmanas prisipažino, kad pirmą kartą pamatęs detalų smegenų žemėlapį negalėjo patikėti. „Niekada anksčiau nebuvau matęs nieko panašaus“, – sakė jis „Live Science“.
Žmogaus smegenys yra labai sudėtingas organas, turintis apie 170 mlrd. ląstelių, įskaitant 86 mlrd. neuronų. Anksčiau mokslininkai, naudodami magnetinio rezonanso tomografiją (MRT), į smegenis žvelgė milimetriniu masteliu. Neseniai pažangūs mikroskopijos metodai atskleidė kur kas mažesnio (nanometrų) mastelio detales.
J. Lichtmanas ir jo kolegos sukūrė 3D žemėlapį, panaudodami vos vieno kubinio milimetro dydžio smegenų gabalėlį, kuris buvo paimtas iš 45 metų moters, kuriai buvo atlikta smegenų operacija epilepsijai gydyti. Mėginį gydytojai paėmė iš smegenų žievės – išorinės smegenų dalies. Specialiomis medžiagomis sulėtinę mėginio irimą tyrėjai nudažė jį sunkiaisiais metalais, kad būtų lengviau pamatyti ląsteles. Tada jie audinį įterpė į dervą ir supjaustė jį į daugiau nei 5 000 griežinėlių, kurių kiekvieno storis siekė apie 30 nanometrų.
„Tai maždaug tūkstantoji plauko storio dalis“, – paaiškino dr. J. Lichtmanas.
Tyrėjai nuskaitė kiekvieną iš griežinėlių greitaeigiu elektroniniu mikroskopu, mėginio ląstelėms apšviesti naudojančiu kelis elektronų pluoštus. Gautus mikroskopijos duomenis jie nusiuntė „Google“ tyrėjams, kad pasitelkę dirbtinį intelektą šie atliktų tolesnę analizę.
Naudodami mašininio mokymosi modelius „Google“ tyrėjai skirtingose mikroskopinėse nuotraukose atpažino tą patį objektą ir sukūrė visų nuotraukose esančių objektų 3D atvaizdus. Po to jie elektroniniu būdu sujungė vaizdus, taip atkurdami visą trimatį mėginį. Galutinį 3D žemėlapį sudaro daugiau nei 1400 terabaitų duomenų.
Mokslininkų parengtame detaliame smegenų žemėlapyje yra keletas netikėtumų. Pavyzdžiui, jie nustatė, kad kai kurios iš neuronų išeinančios ataugos, arba aksonai, susisuka į mazgus, sudarydami vijas, kurias vienas iš projekto vadovų, „Google“ vyresnysis mokslinis darbuotojas Virenas Jainas pavadino „paslaptingomis, bet gražiomis“. Mokslininkai taip pat aptiko retų jungčių tarp neuronų, kai pavieniai aksonai buvo sujungti net su 50 sinapsių.
Mokslininkai tikisi, kad naujasis smegenų žemėlapis ir jo tyrimai padės geriau suprasti, kaip formuojasi prisiminimai, kas sukelia neurologinius sutrikimus ir ligas, tokias kaip autizmas ar Alzheimerio liga.
Tyrimas: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4858. 3D smegenų žemėlapį galima pamatyti čia.
