Zespół naukowców z Google i Harvard University stworzył niesamowity model fragmentu ludzkiego mózgu. Bardzo dokładna mapa 3D, która obejmuje zaledwie jedną milionową część kory mózgowej, została skomponowana z 225 milionów oddzielnych obrazów.
Badacze dokładnie zmapowali bardzo niewielki fragment ludzkiego mózgu. Mapa obejmuje jeden neuron, połączony z prawie 4000 aksonami (włóknami nerwowymi). Jest to mniej więcej jedna milionowa kory mózgowej. Ale przebadanie nawet tego niewielkiego kawałku mózgu wymagało wielkiego wysiłku. Wielokolorowa mapa została stworzona z 225 milionów obrazów i wymagała przetworzenia 1,4 petabajta danych przy pomocy superkomputera. To nie jedyny ambitny projekt tworzony przy współudziale amerykańskiego technologicznego giganta. Niedawno pisaliśmy o tym na naszym blogu w tekście „Do 2029 roku ma powstać w pełni funkcjonalny kwantowy komputer”.
Mapa 3D sieci połączeń neuronalnych mózgu
W styczniu 2020 roku Google zaprezentował konektom (kompletna mapa sieci połączeń neuronalnych) „półmózgowia” muchy, internetową bazę danych dostarczającą strukturę morfologiczną i łączność synaptyczną około połowy mózgu muszki owocowej. Ta szczegółowa baza danych i jej narzędzia do wizualizacji bardzo ułatwiły zrozumienie, w jaki działają obwody i ścieżki neuronowe w mózgu muchy.
Teraz, robiąc znaczny krok dalej, Google i Lichtman Lab na Harvardzie zaprezentowali zadziwiający model mikrosegmentu ludzkiego mózgu. Wszystko zaczęło się od mikroskopijnej próbki uzyskanej z płata skroniowego ludzkiej kory mózgowej. Ten plasterek został wybarwiony dla zwiększenia przejrzystości wizualnej, a następnie pokryty żywicą w celu ochrony i zachowania.
Ta próbka chirurgiczna została następnie pokrojona na około 5300 plastrów, każdy o grubości około 30 nanometrów (nm). Do zobrazowania próbki zastosowano mikroskop elektronowy z maksymalną rozdzielczością rejestrującą do 4 nm. To wszystko zaowocowało stworzeniem 225 milionów dwuwymiarowych obrazów, które można było połączyć w jedną całość, tworząc super dokładną mapę trójwymiarową.
Mapa 3D ludzkiego mózgu przy wykorzystaniu sztucznej inteligencji
Algorytmy uczenia maszynowego dokładnie przeskanowały wycinek, aby zidentyfikować różne komórki i ich podstawowe struktury. Po przepuszczeniu danych przez kilka różnych zautomatyzowanych systemów, na końcu procesu naukowcy na własne oczy upewnili się, czy algorytmy poprawnie identyfikują niektóre komórki i ręcznie wprowadzili niezbędne poprawki. Algorytmy AI coraz szerzej wykorzystywane są do pomocy w wielu dziedzinach życia, pisaliśmy o tym m.in. w tekście „Sztuczna inteligencja w walce z marnotrawieniem żywności w Polsce”.
Google nazwał ten wynik zbiorem danych H01 i jest on uważany za najbardziej wyczerpującą istniejącą mapę ludzkiego mózgu. Zawiera 50 000 komórek i 130 milionów synaps, oprócz mniejszych segmentów komórkowych, takich jak aksony, dendryty, osłonki mielinowe i rzęski. Ta super dokładna, wielokorowa mapa 3D ludzkiego mózgu mogła narodzić się tylko i wyłącznie dzięki wykorzystaniu ponad miliona gigabajtów danych. A najbardziej fascynujący jest fakt, że to dopiero zaledwie jedna milionowa objętości całego ludzkiego mózgu.
Zespół Lichtman Lab będzie dalej rozwijał tę gigantyczną mapę mózgu w przyszłości. Wstępny artykuł przedstawiający wyniki pracy naukowców, wraz z całym zestawem danych H01, jest dostępny online dla badaczy na bioRxiv.
Źródło: syfywire