Dr. Jeff Lichtman, profesor molekularne i stanične biologije na Sveučilištu Harvard, primio je mali uzorak mozga u svom laboratoriju. Bilo je to prije deset godina. Iako vrlo malen, svega 1 kubni milimetar tkiva, bio je dovoljno velik da sadrži 57.000 stanica, 230 milimetara krvnih žila i 150 milijuna sinapsi.
POGLEDAJTE VIDEO:
- Uzorak je bio manji od zrna riže. Počeli smo ga rezati i promatrati, bilo je stvarno prekrasno. Ali, dok smo prikupljali podatke, shvatio sam da jednostavno imamo puno više nego što možemo podnijeti - prisjetio se.
Na kraju su dr. Lichtman i njegov tim došli do 1400 terabajta podataka iz tog malenog uzorka. To je otprilike sadržaj preko 1 milijarde knjiga. Sada, nakon desetljeća bliske suradnje laboratorijskog tima sa znanstvenicima iz Googlea, ti su se podaci pretvorili u najdetaljniju kartu uzorka ljudskog mozga ikada stvorenu.
Uzorak mozga stigao im je od pacijenta s teškom epilepsijom.
- Standardna je procedura da se ukloni mali dio mozga kako bi se zaustavili napadaji, a zatim se pregleda tkivo kako bi se uvjerili da je normalno. Pacijent je bio anoniman, tako da nisam znao gotovo ništa o njemu, osim dobi i spola - rekao je dr. Lichtman.
Kako bi analizirali uzorak, Lichtman i njegov tim prvo su ga izrezali na tanke dijelove pomoću noža s oštricom od dijamanta. Dijelovi su zatim ugrađeni u tvrdu smolu i ponovno narezani, vrlo tanko.
- Oko 30 nanometara, ili otprilike 1000-ti dio debljine ljudske vlasi. Bili su praktički nevidljivi dok ih nismo obojili teškim metalima. To ih je učinilo vidljivima tijekom elektronskog snimanja - pojasnio je.
Tim je dobio nekoliko tisuća pločica od kojih su stvorili neku vrstu trake, nalik filmskim vrpcama.
- Ako uslikate svaki od tih odjeljaka i poravnate te slike, dobit ćete trodimenzionalni komad mozga na mikroskopskoj razini - rekao je i dodao kako su tad shvatili da im je potrebna pomoć s podacima, jer bi te slike zauzele značajnu količinu prostora za pohranu.
Dr. Lichtman je znao da Google radi na digitalnoj karti mozga vinske mušice, objavljenoj 2019. godine, i da su imali pravi računalni hardver za taj posao. Stupio je u kontakt s Viren Jain, višom znanstvenicom u Googleu koja je radila na projektu voćne mušice.
- Bilo je 300 milijuna odvojenih slika. Ono što čini toliku količinu podataka je to što snimate u vrlo visokoj rezoluciji, na razini pojedinačne sinapse. I samo u tom malom uzorku moždanog tkiva bilo je 150 milijuna sinapsi - objasnila je Viren Jain.
Kako bi shvatili slike, znanstvenici iz Googlea su koristili obradu i analizu temeljenu na umjetnoj inteligenciji, identificirajući koja je vrsta stanica na svakoj slici i kako su povezane. Rezultat je interaktivni 3D model moždanog tkiva i najveći skup podataka ikada napravljen u ovoj rezoluciji strukture ljudskog mozga. Google ju je učinio dostupnom na internetu kao 'NeuroGlancer', a studija je u isto vrijeme objavljena u časopisu Science, s dr. Lichtmanom i znanstvenicom Jain među koautorima.
Razumijevanje mozga
Suradnja timova s Harvarda i Googlea rezultirala je koloriziranim slikama koje čine pojedinačne komponente vidljivijima. One predstavljaju realan prikaz tkiva.
- Boje su potpuno proizvoljne, ali osim toga, ovdje nema puno umjetničke slobode. Cijela poanta ovoga je da mi ne izmišljamo. Ovo su pravi neuroni, prave žice koje postoje u ovom mozgu, a mi ga zapravo samo činimo prikladnim i dostupnim biolozima za gledanje i proučavanje - objasnila je Jain.
Podaci su sadržavali i neka iznenađenja. Na primjer, umjesto da formiraju jednu vezu, parovi neurona ih imaju više od 50.
- To je kao da dvije kuće u bloku imaju 50 odvojenih telefonskih linija koje ih povezuju. Što se tamo događa? Zašto su tako snažno povezani? Još ne znamo koja je funkcija ili značaj ovog fenomena, morat ćemo ga dodatno proučiti - pojasnila je ova znanstvenica.
- Naposljetku, promatranje mozga na ovoj razini detalja moglo bi pomoći istraživačima da shvate neriješena medicinska stanja - smatra dr. Lichtman.
- Što znači razumjeti naš mozak? Najbolje što možemo učiniti je opisati ga i nadati se da će iz tih opisa proizaći spoznaja, na primjer, o tome koliko se normalni mozgovi razlikuju od mozgova koji su poremećeni, kod odraslih psihijatrijskih bolesti ili razvojnih poremećaja poput autističnog spektra. Takva će vrsta usporedbe biti vrlo vrijedna. Naposljetku, to će nam dati neki uvid u ono što nije u redu, o čemu, u većini slučajeva, još uvijek nemamo pojma - objasnio je dr. Lichtman.
On, također, vjeruje da skup podataka može biti ispunjen drugim nevjerojatnim detaljima koji, zbog svoje veličine, još nisu otkriveni i upravo zato su slike dostupne svima.
- Dijelimo ga online, tako da ga svatko može pogledati i pronaći neke stvari - dodao je.
Pogledati ga možete OVDJE i OVDJE
Mnogi stručnjaci su oduševljeni
- Ova studija je prekrasna, jer možemo toliko toga naučiti iz ovakvih podataka. Veliki dio onoga što mislimo da razumijemo o ljudskom mozgu ekstrapolirano je od životinja, ali istraživanje poput ovog ključno je za otkrivanje onoga što nas doista čini ljudima. Vizualizacija neurona i drugih moždanih stanica doista je izazovna zbog njihove čiste gustoće i složenosti - prokomentirao je Michael Bienkowski, asistent profesora fiziologije i neuroznanosti na Medicinskom fakultetu Keck Sveučilišta Južne Kalifornije.
- Vidjeti sve te različite tipove stanica i njihove interakcije je nevjerojatno - dodao je.
Andreas Tolias, profesor oftalmologije na Sveučilištu Stanford u Kaliforniji, se slaže.
- Ovo je izvanredna tehnička studija koja rekonstruira strukturu ljudskog korteksa u visokoj rezoluciji. Bio sam posebno uzbuđen zbog otkrića rijetkih aksona koji mogu formirati do 50 sinapsi. Ovo otkriće je intrigantno i postavlja važna pitanja o njihovoj ulozi - kazao je profesor.
Projekt mapiranja mozga otvara vrata budućim istraživanjima, smatra neuroznanstvenik Olaf Sporns, istaknuti profesor psihologije i znanosti o mozgu na Sveučilištu Indiana.
- Svaki ljudski mozak golema je mreža milijardi živčanih stanica. Ova mreža omogućuje stanicama da komuniciraju, u vrlo specifičnim obrascima koji su temeljni za pamćenje, mišljenje i ponašanje. Mapiranje ove mreže, ljudskog konektoma, ključno je za otkrivanje načina na koji mozak funkcionira. Studija otvara novi put prema tom važnom cilju i nudi uzbudljive nove prilike za istraživanje i otkrića - rekao je za CNN.