Революционный прорыв в исследованиях человеческого мозга был достигнут командой учёных, работающих на наноуровне. Имея в своем распоряжении более 1,4 петабайт данных изображений электронной микроскопии, они реконструировали небольшой кубический сегмент органа, всего по миллиметру на каждую грань.
Несмотря на свой, казалось бы, крошечный размер, этот фрагмент мозга представляет собой впечатляющую сложность: 57 тысяч клеток, 150 миллионов синапсов и 230 миллиметров ультратонких вен.
Это достижение, результат почти десятилетней работы, представляет собой самое масштабное и детальное воспроизведение человеческого мозга, когда-либо осуществленное, особенно в отношении разрешения синапсов — жизненно важных структур, обеспечивающих передачу сигналов между нейронами.
Нейробиолог Джефф Лихтман из Гарвардского университета в США подчеркивает иронию слова «фрагмент» в этом контексте, поскольку даже микроскопический фрагмент человеческого мозга эквивалентен тысячам терабайт данных, масштабу величины, который бросает вызов общепринятым представлениям. понимание.
Человеческий мозг, своеобразный орган животного мира, представляет собой сложную сеть.
Человеческий мозг известен своей удивительной сложностью и выделяется как уникальный орган в животном мире. Хотя большинство жизненно важных органов у разных видов имеют схожие функции, человеческий мозг работает в своей собственной лиге с сложной сетью миллиардов нейронов, соединенных триллионами синапсов.
Эта сложность представляет собой невероятную задачу для учёных, поскольку детальное понимание синаптических цепей имеет решающее значение для значительных успехов в изучении функций мозга и лечении неврологических расстройств — от травм до психических заболеваний и деменции.
Чтобы решить эту сложность, Лихтман и его команда посвятили себя разработке «коннектома» — комплексной карты мозга и его сложной сети нейронных связей. Конечная цель этого проекта — полная реконструкция мозга мыши, цель, которую можно экстраполировать на сегменты человеческого мозга, тем самым ускоряя наше понимание мозговых процессов.
Читать далее:
Как происходила наномасштабная реконструкция
Реконструкция головного мозга человека в наномасштабе была проведена с использованием образца, полученного во время операции на пациенте с эпилепсией. Образец мозга был тщательно обработан, зафиксирован, окрашен тяжелыми металлами для выделения деталей, залит смолой и разделен на 5019 чрезвычайно тонких срезов средней толщиной 33,9 нанометра, которые позже были собраны на клейкую ленту.
Ученые применили передовые методы серийной электронной микроскопии с высокой пропускной способностью, чтобы получить подробные изображения этого крошечного фрагмента мозга, генерируя впечатляющий объем данных общим объемом 1,4 петабайта.
Затем эти данные были проанализированы с помощью специализированных алгоритмов, что привело к почти полной трехмерной реконструкции всех клеток и процессов в исследуемом объеме.
Эта реконструкция, названная H01, раскрыла беспрецедентную информацию о структуре человеческого мозга. Неожиданным открытием стало преобладание глиальных клеток, численность которых в анализируемом образце превышала численность нейронов в соотношении 2 к 1.
Анализ также выявил редкие и мощные скопления аксонов, соединенных множеством синапсов, а также необычное и обширное расположение спиралевидных аксонов.
Хотя образец был получен от пациента с эпилепсией, что вызывает вопросы о репрезентативности результатов по отношению к здоровому мозгу, полученные результаты дают беспрецедентное понимание сложности мозга. Следующий этап исследования включает изучение формирования гиппокампа мыши — области, имеющей решающее значение для обучения и памяти.
Прогресс в этой области нейронауки обещает значительное понимание работы человеческого мозга и его сложных нейронных взаимодействий, вселяя надежду на будущие достижения в лечении неврологических расстройств и более глубокое понимание когнитивных способностей человека.
Исследование было опубликовано в пятницу (10) в журнале. Наукаа данные и реконструкция H01 были выложены в свободный доступ в Интернете.