Naučnici pronašli 57.000 ćelija i 150m neuronskih veza u majušnom uzorku ljudskog mozga
Ljudski mozak je enigma nad enigmama, izazov koji se može porediti samo beskrajnom vaseljenom nad nama. U vremenu sveprisutne veštačke inteligencije i medijskih spinovanja o njoj koja najčešće nisu ništa drugo do obična nagadjanja, u istraživačkim laboratorijama se grčevito traga za otkrivanjem ove tajne. Istraživači sa Harvarda su se udružili sa Guglom kako bi analizirali konstrukciju ljudskog mozga. Nalazi do kojih su došli su zaprepašćujuće intrigantni.
- Datum: May 3, 2024
- Oblasti:nonehealthedu
Naučnici su rekonstruisali šemu neuronskih veza za deo ljudskog mozga sa do sada neviđenim detaljima, otkrivajući sveže neobične i složene stvari u onome što mnogi smatraju najsofisticiranijim objektom u poznatoj vaseljeni.
Istraživači sa Harvarda udružili su se sa stručnjacima za mašinsko učenje u Guglu kako bi mapirali neuronsku strukturu, odnosno egzaktno prepoznali neuronske ćelije, veze izmedju njih (takozvani dendriti i sinapse na njima), potporne ćelije i snabdevanje te biološke strukture krvlju u zrncetu zdravog tkiva uklonjenog iz korteksa 45-godišnje žene koja je imala operaciju epilepsije. To zrnce moždanog tkiva, uzorak koji je predstavljao objekat istraživanja, imalo je zaista minijaturnu veličinu, zapremine samo jedan kubni milimetar. Ali, problem rekonstrukcije njegove unutrašnje organizacije predstavljala je neverovatno obiman zadatak za istraživački tim. Primenjena je najsavremenija tehnologija. Elektronski mikroskopski snimci više od 5.000 slojeva obradjivanog uzorka uzorka otkrili su 57.000 pojedinačnih nervnih ćelija, 150 m neuronskih veza i 23 cm krvnih sudova. Sve smešteno u zapreminu od jednog kubnog milimetra! Eto, to je, da se izrazimo modernim kompjuterskim rečnikom, hardver ljudskog mozga, onoga što nas čini svesnim sveta u kojem živimo, što nam omogućava da pokušavamo da razumemo taj svet i mnogo toga, uključujući i neke vrlo apstraktne koncepte kao što su emocije, poput mržnje, tuge, ili ljubavi.
‘Cilj je bio da se dobije pogled u visokoj rezoluciji na ovaj najmisteriozniji deo biologije koji svako od nas nosi na svojim ramenima’, rekao je Džef Lihtman, profesor molekularne i ćelijske biologije na Harvardu. ‘Razlog zašto to ranije nismo radili je taj što je to prokleto izazovno. Zaista je bilo izuzetno teško ovo uraditi.’ Nakon što su isekli tkivo na pločice manje od 1.000 puta tanje od širine ljudske kose, istraživači su elektronskim mikroskopom zavirili u taj mikrosvet kako bi uhvatili detalje strukture mozga sve do nanorazmera ili milionitih delova milimetra. Algoritam za mašinsko učenje je zatim pratio puteve neurona i drugih ćelija kroz pojedinačne delove, što je mukotrpan proces, za čovekove mogućnosti skoro nedohvatiljiv. Svaka od slika digitalnih preseka se sastojala od 1,4 petabajta podataka, što je ekvivalentno 14.000 filmova pune dužine u 4k rezoluciji. ‘Pronašli smo mnogo stvari u ovom skupu podataka koje nisu u udžbenicima’, rekao je Lihtman. ‘Ne razumemo te stvari, ali mogu vam reći da sugerišu da postoji jaz između onoga što već znamo i onoga što treba da znamo.’
U jednom zbunjujućem zapažanju, takozvani piramidalni neuroni, koji imaju velike grane zvane dendriti koji vire iz njihovih baza, pokazali su čudnu simetriju, pri čemu su neki okrenuti napred, a drugi unazad. Druge slike su otkrile čvrste vijuge aksona, tanka vlakna koja prenose signale od jedne moždane ćelije do druge, kao da su se zaglavili na kružnom toku pre nego što su identifikovali pravi izlaz i krenuli svojim putem.
Mapa je takođe otkrila retke slučajeve kada su neuroni napravili izuzetno jake veze sa drugim ćelijama. U celoj grupi moždanog tkiva, više od 96% aksona napravilo je samo jednu vezu sa ciljnom ćelijom, dok je 3% napravilo dve veze. Ali šačica je napravila desetine veza, a u jednom slučaju i više od 50, sa obližnjom ćelijom. Detalji su objavljeni u časopisu Science – A connectomic study of a petascale fragment of human cerebral cortex / doi: https://doi.org/10.1101/2021.05.29.446289 :
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.05.29.446289v4.full.pdf+html
Lihtman je spekulisao da bi tako jake veze mogle da pomognu da se objasni kako dobro naučeno ponašanje – kao što je skidanje noge sa gasa i pritiskanje kočnice na crveno svetlo – zahteva skoro nula razmišljanja nakon dovoljno vežbe. ‘Mislim da ove moćne veze mogu biti deo sistema naučenih informacija i kako učenje izgleda u mozgu’, rekao je on.
Za sada, istraživači čak i ne razmišljaju o mapiranju celog ljudskog mozga. Zadatak je tehnološki pretežak, a zdravi ljudski mozgovi ne rastu na drveću. Umesto toga, sledeći projekat će biti multi-univerzitetska saradnja sa Guglom da se rekonstruišu unutrašnje veze celog mišjeg mozga. To bi moglo baciti svetlo na moždane strukture, hardver mišijeg mozga, koja neodoljivo privlače miša da se kreće ka švajcarskom siru, a za uzvrat i ono što čoveka nagoni da napravi kraću pauzu kad izadje ih pekare. ‘Dobili biste uvid u to kako je ljudska volja vođena čulnim iskustvom’, rekao je Lihtman. ‘Postoje zaista divne mogućnosti, ako imate ceo mišji mozak, čak i da steknete uvid u slobodnu volju’, rekao je Lihtman. ‘Znate, miš nije robot.’
Inače, možda vredi spomenuti da je prosečna zapremina ljudskog mozga 1.240 kubnih centimetara, dakle preko milion puta veća od zapremine uzorka koji je bio predmet istraživanja u ovoj studiji. To nas lako vodi do procene da prosečan ljudski mozak sadrži nešto preko 70 milijardi neuronskih ćelija, mada odgovor na ovo pitanje nije tako jednostavan, a posebno nije rezultat prostog množenja dva broja. I još nešto, tajna nije u broju neuronskih ćelija. Ključne su veze medju njima, a njih ima nebrojeno mnogo.