Проектът в наномащаб представлява огромен скок напред в разбирането на човешкия мозък. С помощта на повече от 1.4 петабайта данни от електронна микроскопия екип от учени е реконструирал миниатюрен кубичен сегмент от човешкия мозък.

Той е само по един милиметър от всяка страна - но в това микроскопично пространство са събрани 57 000 клетки, 150 милиона синапса и 230 милиметра ултратънки вени.

Дело на почти цяло десетилетие, това е най-голямото и най-подробно възпроизвеждане на човешкия мозък досега, до разделителната способност на синапсите - структурите, които позволяват на невроните да предават сигнали помежду си.

"Думата "фрагмент" е иронична", казва неврологът Джеф Лихтман от Харвардския университет. "За повечето хора един терабайт е гигантски, но един фрагмент от човешкия мозък - само миниатюрно, мъничко парченце от човешкия мозък - все пак е хиляди терабайти."

Човешкият мозък е изключително сложен. В цялото животинско царство функциите, изпълнявани от повечето жизненоважни органи, са повече или по-малко еднакви, но човешкият мозък е нещо съвсем различно. Освен това е много труден за изучаване; в него се случват толкова много неща в такива миниатюрни мащаби, че не сме успели да разберем синаптичните схеми в детайли. Всеки човешки мозък съдържа милиарди неврони, които изстрелват сигнали напред и назад чрез трилиони синапси - командния център, от който се управлява човешкото тяло.

По-дълбокото разбиране на начина, по който функционира този зашеметяващо сложен орган, би било от голяма полза за изследванията ни на мозъчната функция и разстройствата - от наранявания до психични заболявания и деменция.

За тази цел Лихтман и колегите му работят върху така наречения "конектом" - карта на мозъка и всички негови проводници, която може да помогне за по-доброто разбиране на това, кога тези проводници са в нарушение.

Настоящата цел на проекта за конектомика е възпроизвеждането на цял мозък на мишка, но използването на подобни техники за реконструиране на поне сегменти от човешкия мозък може само да ускори напредъка на нашите знания.

Реконструкцията на екипа се основава на проба от човешки мозък, изрязана от пациент с епилепсия по време на операция за достъп до основната лезия. Пробата е фиксирана, оцветена с тежки метали, за да се подчертаят детайлите, вградена в смола и разделена на 5019 среза със средна дебелина 33.9 нанометра, събрани на лента.

Изследователите използваха високопроизводителна серийна електронна микроскопия на разрези, за да изобразят това малко парче тъкан с умопомрачителни подробности, генерирайки 1.4 петабайта (1400 терабайта) данни.

Тези данни са анализирани със специално разработени техники и алгоритми, като по думите на изследователите се получава "3D реконструкция на почти всяка клетка и процес в подравнения обем".

Тази реконструкция, наречена H01, вече е разкрила някои неподозирани досега фини детайли за човешкия мозък. Екипът с изненада забелязва, че в пробата глиите, или неневронните клетки, са повече от невроните в съотношение 2:1, а най-често срещаният тип клетки са олигодендроцитите - клетки, които помагат за покриването на аксоните със защитен миелин.

Тъй като пробата е взета от пациент с епилепсия, не е ясно дали това са нормални, но редки характеристики на човешкия мозък, или са свързани с разстройството на пациента. Така или иначе обаче работата разкрива огромната широта и дълбочина на пропастта в разбирането ни за мозъка.

Следващата стъпка в работата на екипа включва опити да се разбере формирането на мишия хипокампус - мозъчна област, която е силно ангажирана с ученето и паметта.

Снимка: Unsplash/Google Research & Lichtman Lab/Harvard University. Renderings by D. Berger/Harvard University

Виж още: Най-високият вулкан в света изхвърля злато всеки ден, въпреки че е покрит с лед, а учените са в недоумение