S više od 1,4 petabajta elektronskih mikroskopskih slikovnih podataka, tim znanstvenika rekonstruirao je maleni kubični segment ljudskog mozga.
To je samo milimetar sa svake strane – ali 57 000 stanica, 150 milijuna sinapsi i 230 milimetara ultrafinih vena upakirano je u taj mikroskopski prostor.
Rad koji je trajao gotovo desetljeće, najveća je i najdetaljnija reprodukcija ljudskog mozga do sada, sve do razlučivanja sinapsi , struktura koje neuronima omogućuju prijenos signala između njih.
"Riječ 'fragment' je ironična", kaže neuroznanstvenik Jeff Lichtman sa Sveučilišta Harvard. "Terabajt je, za većinu ljudi, gigantski, ali fragment ljudskog mozga - samo minijaturni, maleni komadić ljudskog mozga - još uvijek ima tisuće terabajta."
Stanice i sinapse u tri dimenzije
Ljudski je mozak notorno složen. U cijelom životinjskom carstvu, funkcije koje obavlja većina vitalnih organa manje-više su iste, ali ljudski mozak je u vlastitoj ligi.
Također je vrlo teško učiti; toliko se toga događa unutra, na tako minijaturnim razmjerima, da nismo bili u mogućnosti razumjeti sinaptički sklop u detalje.
Svaki ljudski mozak sadrži milijarde neurona, koji ispaljuju signale naprijed-natrag putem trilijuna sinapsi, komandnog centra iz kojeg se upravlja ljudskim tijelom.
Dublje razumijevanje načina na koji ovaj blistavo komplicirani organ funkcionira donijelo bi duboku korist našim proučavanjima moždanih funkcija i poremećaja, od ozljeda do mentalnih bolesti do demencije.
U tu svrhu, Lichtman i kolege radili su na onome što nazivaju "konektomom" - karti mozga i svih njegovih žica koje bi mogle pomoći u boljem razumijevanju kada su te žice iskrivljene.
Trenutačni cilj projekta Connectomics je reprodukcija cijelog mozga miša , ali korištenje sličnih tehnika za rekonstrukciju barem segmenata ljudskog mozga može samo brže unaprijediti naše znanje.
Rekonstrukcija tima temeljila se na uzorku ljudskog mozga izrezanom iz pacijenta s epilepsijom tijekom operacije kako bi se pristupilo leziji u pozadini. Uzorak je fiksiran, obojen teškim metalima kako bi se naglasili detalji, umetnut u smolu i razrezan na 5019 kriški, srednje debljine od 33,9 nanometara, sakupljenih na vrpcu.
Istraživači su upotrijebili elektronsku mikroskopiju visoke propusnosti za prikaz ovog sićušnog komadića tkiva u detaljima koji zaglupljuju, generirajući 1,4 petabajta (1400 terabajta) podataka.
Mapa za buduća istraživanja
Ovi su podaci analizirani posebno razvijenim tehnikama i algoritmima, generirajući, kažu istraživači , "3D rekonstrukciju gotovo svake stanice i procesa u poravnatom volumenu."
Ova rekonstrukcija, nazvana H01 , već je otkrila neke dosad neviđene fine detalje o ljudskom mozgu. Tim je bio iznenađen primijetivši da su glia , ili ne-neuronske stanice, nadmašile neurone 2:1 u uzorku, a najčešći tip stanica bili su oligodendrociti – stanice koje pomažu obložiti aksone u zaštitnom mijelinu.
Svaki neuron imao je tisuće relativno slabih veza, ali istraživači su pronašli rijetke, moćne skupove aksona povezanih s 50 sinapsi. I otkrili su da je mali broj aksona raspoređen u neobične, opsežne vijuge.
Budući da je uzorak uzet od pacijenta s epilepsijom, nije jasno jesu li to normalne, ali rijetke karakteristike ljudskog mozga ili su povezane s pacijentovim poremećajem. Bilo kako bilo, rad je otkrio ogromnu širinu i dubinu ponora našeg razumijevanja mozga.
Sljedeći korak u radu tima uključuje pokušaj razumijevanja formiranja mišjeg hipokampusa , regije mozga koja je uvelike uključena u učenje i pamćenje.
"Ako dođemo do točke u kojoj izrada cijelog mozga miša postane rutina, mogli biste razmisliti o tome da to učinite na, recimo, životinjskim modelima autizma ", objasnio je Lichtman prošle godine za The Harvard Gazette .
"Postoji ta razina razumijevanja mozga koja trenutno ne postoji. Znamo za vanjske manifestacije ponašanja. Znamo za neke od molekula koje su poremećene. Ali između dijagrama ožičenja, do sada, nije bilo načina da ih vidim. Sada postoji način."
Istraživanje je objavljeno u časopisu Science , a podaci i rekonstrukcija H01 besplatno su dostupni na namjenskoj web stranici .
Komentari
Podijelite svoje mišljenje, postavite pitanje ili komentirajte članak.
Ovaj tekst još nije komentiran.
Budite prvi i podijelite svoje mišljenje!