TECH – A Google és a Harvard Egyetem munkatársai most egy elképesztő színkódolt térképet készítettek az egyetlen idegsejthez csatlakozó közel 4000 bejövő axonról, amely megmutatja, milyen rendkívüli szerv az emberi agy.

Ezt a lenyűgöző, böngészhető 3D-s térképet, amely az agykéreg mindössze egymilliomod részét ábrázolja, 225 millió különálló kép és 1,4 petabájtnyi szuper számítógépes adat felhasználásával állították össze. A projekt fő céljai az emberi agyak tanulmányozására szolgáló újszerű erőforrás létrehozása, valamint az alapul szolgáló konnektomikai technológiák fejlesztése és skálázása voltak.

A neuronok, szinapszisok és idegsejtek kusza zűrzavarának feltérképezése a legjobb esetben is félelmetes feladat, de ezek a szorgalmas mérnökök csodálatra méltó eredményeket értek el ezzel az ambiciózus szürkeállományú projekttel, hogy a 86 milliárd, 100 trillió szinapszissal összekapcsolt neuron alapján létrehozzanak egyfajta emberi agyi kapcsolási rajzot („konnektomot”).

Még 2020 januárjában a Google közzétette a légy „hemibrain” konnektomját, egy online adatbázist, amely egy gyümölcslégy agyának körülbelül felének morfológiai szerkezetét és szinaptikus összeköttetéseit tartalmazza. Ez a részletes adatbázis és a benne található vizualizációs eszközök teljesen megváltoztatták a légy agyában található idegáramkörök és idegpályák megértésének módját.

Különleges eljárás

Most egy hatalmas előrelépésként a Google és a Harvard Egyetem Lichtman Laboratóriuma bemutatta az emberi agy mikroszelvényének észbontó modelljét, amely egy emberi agykéreg halántéklebenyéből nyert mikroszkopikus mintával kezdődött. Ezt a szeletet a további vizuális tisztaság érdekében megfestették, majd gyantával vonták be, hogy megvédjék és tartósítsák.

A műtéti mintát ezután nagyjából 5300, egyenként körülbelül 30 nanométer (nm) vastagságú szeletre vágták. Ezután pásztázó elektronmikroszkópot alkalmaztak a minta leképezéséhez, amelynek maximális felbontása 4 nm-ig terjedő felbontást regisztrált. Mindez 225 millió kétdimenziós képet eredményezett, amelyeket össze lehetett illeszteni, hogy egyetlen 3D-s térfogatot hozzanak létre.

A gépi tanulási algoritmusok gondosan végigpásztázták a szeletet, hogy azonosítsák a különböző sejteket és a mögöttes struktúrákat. A különböző automatizált rendszerek által végrehajtott néhány átfutást követően emberi szemek vizuális szerkesztési átfutást végeztek egyes sejteknél, hogy megállapítsák, hogy az algoritmusok helyesen azonosították-e őket vagy sem.

„H01-adatkészlet”

A Google ezt az eredményt H01-adatkészletnek nevezte el, és úgy tartják, hogy ez talán a létező legátfogóbb térkép az emberi agyról. Az 50 000 sejtet és 130 millió szinapszist tartalmazó, az olyan apróbb sejtszegmensek mellett, mint az axonok, dendritek, mielin és csillók, ez a megdöbbentő ábrázolás csak több mint egymillió gigabájtnyi adat felhasználásával született meg.

Az őrületes eleme azonban ennek az előrelépésnek az, hogy a Google ezt a miniatűr mintát a teljes emberi agy térfogatának mindössze egymilliomod részeként címkézi fel.

Mivel a Lichtman Lab csapata a jövőben még tovább méretezi ezt a behemót agytérképet, a teljes H01-es adathalmaz online elérhető a kutatók és tudósok számára, hogy megvizsgálhassák, a munkát bemutató preprint-papír pedig a bioRxiv oldalon érhető el.

Forrás: Syfy