Доступна для перегляду тривимірна карта всього однієї мільйонної кори головного мозку була створена з використанням 225 мільйонів зображень і колосальних 1,4 петабайта даних.
Людський мозок - найскладніший орган з тих, хто колись існував, і нанести на карту цей щільний клубок нейронів, синапсів та інших клітин надзвичайно складно. Але дослідники з Google і Гарвардського університету зробили все можливе, створивши зручну для перегляду і пошуку тривимірну карту невеликої ділянки кори головного мозку людини.
У головному мозку близько 85 мільярдів нейронів з'єднуються через 100 трильйонів синапсів, тому непросто з'ясувати, що саме кожен з них робить і як ці зв'язки формують основу думки, емоцій, пам'яті, поведінки і свідомості.
Проте, як це не лякає, команди вчених по всьому світу намагаються побудувати електричну схему людського мозку - так званий «коннектом».
Минулого року дослідники з Google і Медичного інституту Говарда Х'юза проклали шлях до вирішення цього завдання за допомогою створення конектому мозку плодової мушки, який охоплює близько половини всього мозку комахи. Тепер Google і лабораторія Ліхтмана в Гарварді випустили аналогічну модель крихітної частини людського мозку.
Дослідники почали зі зразка, взятого з скроневої частки кори головного мозку людини, розміром всього 1 мм3. Він був пофарбований для візуальної ясності, покритий смолою для збереження, а потім нарізаний більш ніж на 5000 частин товщиною приблизно 30 нанометрів (нм) кожна.
Потім вони були вивчені за допомогою скануючого електронного мікроскопа з роздільною здатністю до 4 нм. У результаті було створено 225 мільйонів почесних зображень, які потім були об'єднані в один тривимірний об'єм.
Алгоритми машинного навчання сканували зразок, щоб ідентифікувати різні клітини і структури всередині. Після декількох проходів через автоматизовані системи людське око «перевіряє» деякі структури, щоб переконатися, що алгоритми правильно їх ідентифікують.
Незважаючи на неповноту автоматичної сегментації, викликану помилками поділу і злиття, багато цікавих особливостей були очевидні. Кінцевий результат, який Google називає набором даних H01, є однією з найбільш повних карт людського мозку, коли-небудь створених.
Вона містить 50 000 клітин і 130 мільйонів синапсів, а також дрібніші сегменти клітин, такі як аксони, дендрити, мієлін і реснички. Але, мабуть, найбільш приголомшлива статистика полягає в тому, що все це займає 1,4 петабайта даних - це більше мільйона гігабайт.
І це лише крихітний фрагмент - Google стверджує, що зразок становить лише одну мільйонну від обсягу повного людського мозку.
Очевидно, що для збільшення масштабів потрібна величезна робота, так само як і пошук способу зберігання величезного обсягу даних і розробка способу їх організації та доступу до них зручним способом.
Поки команда дослідників приступає до вирішення цих проблем, набір даних H01 тепер доступний в інтернеті для дослідників і любителів науки. Супутній документ з описом роботи також доступний на сайті bceRxiv.