Google и ученые Гарварда создали самую подробную карту связей мозга

Доступная для просмотра трехмерная карта всего одной миллионной коры головного мозга была создана с использованием 225 миллионов изображений и колоссальных 1,4 петабайта данных

2 июня 2021, 12:20 | Автор: Максим Григорьев

Google

Человеческий мозг - это самый сложный компьютер из когда-либо существовавших, и нанести на карту этот плотный клубок нейронов, синапсов и других клеток практически невозможно. Но инженеры Google и Гарварда сделали все возможное, создав удобную для просмотра и поиска трехмерную карту небольшого участка коры головного мозга человека.

Читай также: Создана самая подробная карта мозга

Около 86 миллиардов нейронов соединяются через 100 триллионов синапсов, и это титаническая задача - точно выяснить, что каждый из них делает и как эти связи формируют основу мысли, эмоций, памяти, поведения и сознания. Тем не менее, как это ни пугает, команды ученых по всему миру засучивают рукава и пытаются построить электрическую схему человеческого мозга - так называемый "коннектом".

В прошлом году исследователи из Google и Медицинского института Говарда Хьюза проложили путь с помощью коннектома мозга плодовой мушки, который охватывает около половины всего мозга насекомого. Теперь Google и лаборатория Лихтмана в Гарварде выпустили аналогичную модель крошечной части человеческого мозга.

Исследователи начали с образца, взятого из височной доли коры головного мозга человека, размером всего 1 мм ³. Его окрасили для визуальной ясности, покрыв смолой для сохранения, а затем нарезали примерно на 5300 ломтиков каждый толщиной примерно 30 нанометров (нм). Затем они были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа с разрешением до 4 нм. В результате было создано 225 миллионов двумерных изображений, которые затем были объединены в один трехмерный объем.

Алгоритмы машинного обучения сканировали образец, чтобы идентифицировать различные ячейки и структуры внутри. После нескольких проходов через различные автоматизированные системы человеческий глаз "проверяет" некоторые ячейки, чтобы убедиться, что алгоритмы правильно их идентифицируют.

Читай также: Мини-мозги людей и шимпанзе вырастили в пробирке

Конечный результат, который Google называет набором данных H01, является одной из наиболее полных карт человеческого мозга, когда-либо составленных. Он содержит 50 000 клеток и 130 миллионов синапсов, а также более мелкие сегменты клеток, такие как аксоны, дендриты, миелин и реснички. Но, пожалуй, самая потрясающая статистика заключается в том, что все это занимает 1,4 петабайта данных - это более миллиона гигабайт.

И это всего лишь крошечный фрагмент - Google утверждает, что образец составляет всего одну миллионную от объема полного человеческого мозга. Очевидно, что для увеличения масштабов потребуется огромная работа, равно как и поиск способа хранения огромного объема данных и разработка способа их организации и доступа к ним удобным способом.

Пока команда приступает к решению этих проблем, набор данных H01 теперь доступен в Интернете для исследователей и любопытных наблюдателей. Сопутствующий предпечатный документ с описанием работы также доступен на сайте bioRxiv.

Обзор различных слоев можно увидеть на видео ниже.