07/12/2024

Vědci zveřejnili 3D rekonstrukci části lidského mozku

MedicínaNovéVěda
Foto: Google Research a Lichtman Lab / Tiskový zdroj
Zmapovaný fragment lidského mozku. Výzkumníci publikovali dosud největší datovou sadu neuronových spojení. Šest vrstev excitačních neuronů barevně odlišených podle hloubky.

Jeden milimetr krychlový mozkové tkáně nemusí znít jako hodně. Ale vezmeme-li v úvahu, že miniaturní čtvereček obsahuje 57 000 buněk, 230 milimetrů krevních cév a 150 milionů synapsí, pak to vše dohromady představuje 1400 terabajtů dat.

Nejmodernější algoritmy AI společnosti Google umožňují rekonstrukci a mapování mozkové tkáně ve třech rozměrech. Tým také vyvinul sadu veřejně dostupných nástrojů, které mohou výzkumníci použít k prozkoumání a anotaci konektomu.

Harvardský tým vedený Jeffem Lichtmanem, profesorem molekulární a buněčné biologie, společně s výzkumníky z Google, dokázali něco obrovského. Dosud největší 3D rekonstrukci části lidského mozku v synaptickém rozlišení. Ukazuje v živých detailech každou buňku a její síť nervových spojení v minimalistickém kousku lidské temporální kůry. A to o velikosti poloviny zrnka rýže.

Google Research AI

Tento mistrovský čin je nejnovějším dílem v téměř 10leté spolupráci s vědci z Google Research. Ti kombinují zobrazování pomocí Lichtmanovy elektronové mikroskopie s algoritmy AI k barevnému kódování a rekonstrukci extrémně složitého zapojení mozků savců.

Konečným cílem této spolupráce, bylo vytvoření mapy s vysokým rozlišením neurální kabeláže celého mozku myši. Ta by obsahovala asi 1000krát větší množství dat, než jaké právě vytvořili z 1 milimetru krychlového fragmentu lidské kůry.  

„Slovo ‚fragment‘ je ironické,“ řekl Lichtman. „Terabyte je pro většinu lidí obrovský, ale fragment lidského mozku, jen nepatrný, malinký kousek lidského mozku, jde stále o velikost tisíce terabajtů.“  

Nejnovější mapa obsahuje dosud neviděné detaily struktury mozku, včetně vzácné, ale výkonné sady axonů spojených až 50 synapsemi. Tým také v tkáni zaznamenal neobvyklé zvláštnosti, jako například malý počet axonů, které tvořily rozsáhlé přesleny. Vzhledem k tomu, že jejich vzorek byl odebraný pacientovi s epilepsií, nejsou si jisti, zda jsou takové neobvyklé útvary patologické, nebo prostě vzácné.

Foto: Google Research a Lichtman Lab /Tiskový zdroj
Sdílená datová sada H01.
Byla vykreslen
á řada histologických znaků v 1 mm 3 lidského mozku, včetně neuropilu (A) a jeho segmentace (B) v rozlišení nanometrů, anotovaných synapsí (C) , xcitačních neuronů (D) , inhibičních neuronů (E), astrocytů (F), oligodendrocyty (G), myelin (H ) a krevní cévy (I). Byla také identifikovaná dříve nerozpoznaná neuronální třída (J) a multisynaptická spojení (K).

Lichtmanovým oborem je „connectomika“, která se snaží podobně jako genomika, vytvářet komplexní katalogy struktury mozku. A to až po jednotlivé buňky a kabeláž. Takto dokončené mapy by osvětlily cestu k novým pohledům na mozkové funkce a nemoci, o kterých toho vědci stále moc neví.


Zdroje: AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Věda, DOI10.1126/science.adk4858

Napsat komentář