Google και Χάρβαρντ συνεργάζονται για να φτιάξουν τον πιο λεπτομερή χάρτη του ανθρώπινου εγκεφάλου

O ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένα από τα πιο σημαντικά όργανα στον κόσμο, και επίσης ένα από τα πιο περίπλοκα. Ωστόσο, αυτά τα τρία κιλά ιστού που μεσολαβούν κάθε στιγμή της ζωής μας, κάθε απόφαση, κάθε αντανακλαστικό, κάθε συναίσθημα, είναι ουσιαστικά ένα μυστήριο για τους επιστήμονες. Μια πρόσφατη κοινή προσπάθεια των ερευνητικών ομάδων του Χάρβαρντ και της Google εξήγαγε έναν απίστευτο όγκο δεδομένων από μόλις 3 χιλιοστά εγκεφαλικού ιστού.

Με τη μοντελοποίηση μηχανικής μάθησης, η ομάδα δημιούργησε τον χάρτη εγκεφαλικού ιστού με την υψηλότερη ανάλυση στον κόσμο. Αυτός ο εγκεφαλικός χάρτης επιτρέπει στους ερευνητές να δουν 57.000 κύτταρα και 150 εκατομμύρια συνάψεις, οι οποίες είναι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων.

Ενώ ο εγκεφαλικός ιστός είχε το μέγεθος μόνο του μισού κόκκου ρυζιού, τα ακατέργαστα δεδομένα που παράγονται από τη μελέτη ισοδυναμούν με χωρητικότητα αποθήκευσης 2.800 φορητών υπολογιστών ή 14.000 ταινίες πλήρους μήκους. «Είναι λίγο ταπεινό», είπε στο Nature News ο Viren Jain , συν-συγγραφέας της μελέτης και νευροεπιστήμονας της Google . «Πώς θα συμφιλιωθούμε ποτέ με όλη αυτή την πολυπλοκότητα;»

Οι ερευνητές δημοσίευσαν ανοιχτά τα 1,4 petabyte ακατέργαστων δεδομένων, έτσι ώστε ο καθένας να μπορεί να χρησιμοποιήσει και να αναθεωρήσει μόνος του τα δεδομένα για να ξεμπερδέψει μερικές από τις πολυπλοκότητες του εγκεφάλου.

Ο εγκεφαλικός ιστός προέρχεται από μια 45χρονη γυναίκα που είχε υποβληθεί σε χειρουργική επέμβαση για να αντιμετωπίσει την επιληψία της. Αυτή ήταν μια σπάνια περίπτωση ζωντανού εγκεφαλικού ιστού για να διατηρηθεί από τους ερευνητές σε ρητίνη, καθώς οι βιοψίες εγκεφάλου είναι σπάνιες και συνήθως μόνο όγκων. Επιπλέον, τα πτώματα, τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά στην ιατρική έρευνα, δεν είναι χρήσιμα επειδή οι εγκέφαλοι αποσυντίθενται γρήγορα.

Μόλις οι επιστήμονες συντήρησαν τον ιστό, έπρεπε να τον κόψουν σε 5.000 φέτες πάχους 30 νανόμετρων. Αυτές οι φέτες στη συνέχεια εξετάστηκαν μέσω ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που κατασκευάστηκε ειδικά για αυτήν τη μελέτη. Αυτό κράτησε πάνω από ένα χρόνο, αλλά στη συνέχεια η τεχνητή νοημοσύνη ανέλαβε να ανακατασκευάσει σωστά τις εικόνες, διασφαλίζοντας ότι κάθε νευρώνας είχε τις σωστές συνάψεις συνδεδεμένες με αυτόν.

Η τρισδιάστατη ανακατασκευή, πλήρης με όλα τα στοιχεία ιστού, όπως τα γλοιακά κύτταρα, τα αγγεία του αίματος και το περίβλημα μυελίνης που τυλίγεται γύρω από τον νευρώνα, έχει ήδη παράγει εκπληκτικά αποτελέσματα. Ο Jeff Lichtman , ο μοριακός και κυτταρικός βιολόγος που ηγείται του εργαστηρίου του Χάρβαρντ που εργάστηκε στο έργο μοιράζεται , «υπήρχαν τόσα πολλά πράγματα σε αυτό που ήταν ασύμβατα με αυτά που θα διάβαζες σε ένα εγχειρίδιο».

Διάβασε επίσης: Κυνηγάς την ευτυχία; Μάθε πώς να εκπαιδεύσεις τον εγκέφαλο σου για να την έχεις

Σύμφωνα με το My Modern Met, ένα από τα πιο ενδιαφέροντα ευρήματα είναι οι πολλαπλοί νευρώνες που συνδέονται με πολλές συνάψεις, συμπεριλαμβανομένου, σε μία περίπτωση, το 50,96% των νευρώνων συνδέονται μόνο σε μία σύναψη με το 99% να έχει λιγότερες από τρεις συνδέσεις συνάψεων. Οι επιστήμονες δεν είναι σίγουροι τι σημαίνουν με βεβαιότητα αυτοί οι εξωσυνδεδεμένοι νευρώνες, αλλά η τρέχουσα θεωρία είναι ότι μπορεί να μοιάζει με μια καλά μαθημένη απόκριση που χρειάζεται λίγη σκέψη. Για παράδειγμα, η κίνηση του ποδιού στο φρένο είναι τόσο ριζωμένη στο μυαλό των έμπειρων οδηγών που δεν το σκέφτονται συνειδητά.

Πολλά άλλα γεγονότα που εξέπληξαν τους επιστήμονες περιλαμβάνουν το γεγονός ότι οι πυραμιδικοί νευρώνες, οι οποίοι έχουν δενδρίτες – οι κλάδοι που μεταφέρουν πληροφορίες μακριά από έναν νευρώνα – είναι συμμετρικοί. Επίσης, βρήκαν άξονες -κλαδιά που μεταφέρουν πληροφορίες από μια σύναψη στο σώμα του κυττάρου- που σχημάτιζαν στρόβιλους, κάνοντας κύκλους γύρω τους, που δεν είχαν δει ποτέ πριν. Είναι εύκολο να δούμε πώς, με περισσότερα μάτια που εξετάζουν διεξοδικά τα δεδομένα, θα ανοίξουν πολλά περισσότερα μονοπάτια για την έρευνα των νευρώνων.

Εγκεφαλικοί χάρτες έχουν δημιουργηθεί στο παρελθόν, ξεκινώντας το 1986, όταν 302 νευρώνες χαρτογραφήθηκαν σε ένα στρογγυλό σκουλήκι. Σιγά σιγά δημιουργήθηκαν πιο περίπλοκοι χάρτες από άλλα είδη, αλλά θα χρειαστούν χρόνια και τεχνολογικές εξελίξεις για έναν πλήρως χαρτογραφημένο ανθρώπινο εγκέφαλο σε αυτήν την ανάλυση. Μέχρι τότε, η ομάδα έχει χαρτογραφήσει τον ιππόκαμπο ενός ποντικιού, το οποίο έχει αρκετά παρόμοιο εγκέφαλο με τον άνθρωπο όσον αφορά τη δομή και τη σύνθεση των νευρώνων. Εάν είναι επιτυχής, ένας χαρτογραφημένος εγκέφαλος ποντικιού μπορεί να δώσει κάποια εικόνα για το πώς μαθαίνουν οι άνθρωποι και ακόμη και την ελεύθερη βούληση.

Διάβασε επίσης: Πασπάλισε κάθε γεύμα με αυτά τα μπαχαρικά για έναν υγιή εγκέφαλο

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ