Ljudi su fascinantni: Nevjerovatno detaljne slike prikazuju jedan kubni milimetar ljudskog mozga u 3D
Projekat nanorazmjera predstavlja ogroman korak naprijed u razumijevanju ljudskog mozga.
Sa više od 1,4 petabajta podataka elektronskim mikroskopom, tim naučnika rekonstruisao je mali kubni segment ljudskog mozga.
To je samo milimetar sa svake strane – ali 57.000 ćelija, 150 miliona sinapsi i 230 milimetara ultrafinih vena sve je spakovano u taj mikroskopski prostor.
Rad od skoro decenije, to je najveća i najdetaljnija reprodukcija ljudskog mozga do danas, sve do rezolucije sinapsi, struktura koje omogućavaju neuronima da prenose signale između njih.
"Reč 'fragment' je ironična", kaže neuronaučnik Džef Lihtman sa Univerziteta Harvard. „Terabajt je, za većinu ljudi, gigantski, ali fragment ljudskog mozga – samo minijaturni, mali delić ljudskog mozga – još uvek ima hiljade terabajta.
Ljudski mozak je notorno složen. U cijelom životinjskom carstvu, funkcije koje obavlja većina vitalnih organa su manje-više iste, ali ljudski mozak je u vlastitoj ligi.
Takođe je veoma teško učiti; tamo se toliko toga dešava, u tako malim razmerama, da nismo bili u stanju da detaljno razumemo sinaptička kola.
Svaki ljudski mozak sadrži milijarde neurona, koji puštaju signale naprijed-nazad preko triliona sinapsi, komandnog centra iz kojeg se pokreće ljudsko tijelo.
Dublje razumijevanje načina na koji ovaj blistavo kompliciran organ funkcionira dalo bi duboku korist našim proučavanjima moždanih funkcija i poremećaja, od ozljeda preko mentalnih bolesti do demencije.
U tom cilju, Lichtman i kolege su radili na onome što nazivaju "konektomom" - mapi mozga i svih njegovih veza koje bi mogle pomoći boljem razumijevanju kada je to ožičenje iskrivljeno.
Trenutni cilj projekta Connectomics je reprodukcija cijelog mišjeg mozga, ali korištenje sličnih tehnika za rekonstrukciju barem segmenata ljudskog mozga može samo brže unaprijediti naše znanje.
Rekonstrukcija tima bila je zasnovana na uzorku ljudskog mozga izrezanom od pacijenta s epilepsijom tokom operacije kako bi se pristupilo osnovnoj leziji. Uzorak je fiksiran, obojen teškim metalima da bi se naglasili detalji, ugrađen u smolu i podijeljen na 5.019 kriški, prosječne debljine 33,9 nanometara, prikupljenih na traku.
Istraživači su koristili serijsku elektronsku mikroskopiju velike propusnosti kako bi snimili ovaj sićušni komadić tkiva sa zapanjujućim detaljima, generirajući 1,4 petabajta (1.400 terabajta) podataka.
Ovi podaci su analizirani posebno razvijenim tehnikama i algoritmima, generirajući, kažu istraživači, "3D rekonstrukciju gotovo svake ćelije i procesa u usklađenom volumenu".
Ova rekonstrukcija, nazvana H01, već je otkrila neke do sada neviđene fine detalje o ljudskom mozgu. Tim je bio iznenađen kada je primijetio da su glia, ili ne-neuronske stanice, brojčano nadmašile neurone 2:1 u uzorku, a najčešći tip stanica bili su oligodendrociti - ćelije koje pomažu da aksone oblažu zaštitnim mijelinom.
Svaki neuron je imao hiljade relativno slabih veza, ali su istraživači pronašli rijetke, moćne skupove aksona povezanih sa 50 sinapsi. I otkrili su da je mali broj aksona raspoređen u neobične, opsežne vijuge.
Budući da je uzorak uzet od pacijenta s epilepsijom, nejasno je da li su to normalne, ali rijetke karakteristike ljudskog mozga ili su povezane s pacijentovim poremećajem. U svakom slučaju, rad je otkrio ogromnu širinu i dubinu ponora našeg razumijevanja mozga.
Sljedeći korak u radu tima uključuje pokušaj razumijevanja formiranja mišjeg hipokampusa, regije mozga koja je jako uključena u učenje i pamćenje.
"Ako dođemo do tačke u kojoj izrada cijelog mišjeg mozga postane rutina, mogli biste razmišljati o tome da to radite na, recimo, životinjskim modelima autizma", objasnio je Lichtman prošle godine za The Harvard Gazette.
"Postoji taj nivo razumijevanja o mozgu koji trenutno ne postoji. Znamo za vanjske manifestacije ponašanja. Znamo za neke od molekula koji su poremećeni. Ali između dijagrama ožičenja, do sada, nije bilo načina da ih vidim, postoji način."
Istraživanje je objavljeno u Scienceu, a podaci i rekonstrukcija H01 objavljeni su besplatno na posebnoj web stranici.
