Создана трехмерная карта одной миллионной части головного мозга

Доступная для просмотра трехмерная карта всего одной миллионной коры головного мозга была создана с использованием 225 миллионов изображений и колоссальных 1,4 петабайта данных.

Человеческий мозг — самый сложный орган из когда-либо существовавших, и нанести на карту этот плотный клубок нейронов, синапсов и других клеток чрезвычайно сложно. Но исследователи из Google и Гарвардского университета сделали все возможное, создав удобную для просмотра и поиска трехмерную карту небольшого участка коры головного мозга человека.

В головном мозге около 85 миллиардов нейронов соединяются через 100 триллионов синапсов, поэтому непросто выяснить, что именно каждый из них делает и как эти связи формируют основу мысли, эмоций, памяти, поведения и сознания.

Тем не менее, как это ни пугает, команды ученых по всему миру пытаются построить электрическую схему человеческого мозга — так называемый «коннектом».

В прошлом году исследователи из Google и Медицинского института Говарда Хьюза проложили путь к решению этой задачи с помощью создания коннектома мозга плодовой мушки, который охватывает около половины всего мозга насекомого. Теперь Google и лаборатория Лихтмана в Гарварде выпустили аналогичную модель крошечной части человеческого мозга.

Исследователи начали с образца, взятого из височной доли коры головного мозга человека, размером всего 1 мм³. Он был окрашен для визуальной ясности, покрыт смолой для сохранения, а затем нарезан более чем на 5000 частей толщиной примерно 30 нанометров (нм) каждая.

Затем они были изучены с помощью сканирующего электронного микроскопа с разрешением до 4 нм. В результате было создано 225 миллионов двумерных изображений, которые затем были объединены в один трехмерный объем.

Алгоритмы машинного обучения сканировали образец, чтобы идентифицировать различные клетки и структуры внутри. После нескольких проходов через автоматизированные системы человеческий глаз «проверяет» некоторые структуры, чтобы убедиться, что алгоритмы правильно их идентифицируют.

Несмотря на неполноту автоматической сегментации, вызванную ошибками разделения и слияния, многие интересные особенности были очевидны. Конечный результат, который Google называет набором данных H01, является одной из наиболее полных карт человеческого мозга, когда-либо созданных.

Она содержит 50 000 клеток и 130 миллионов синапсов, а также более мелкие сегменты клеток, такие как аксоны, дендриты, миелин и реснички. Но, пожалуй, самая потрясающая статистика заключается в том, что все это занимает 1,4 петабайта данных — это более миллиона гигабайт.

И это всего лишь крошечный фрагмент — Google утверждает, что образец составляет всего одну миллионную от объема полного человеческого мозга.

Очевидно, что для увеличения масштабов потребуется огромная работа, равно как и поиск способа хранения огромного объема данных и разработка способа их организации и доступа к ним удобным способом.

Пока команда исследователей приступает к решению этих проблем, набор данных H01 теперь доступен в интернете для исследователей и любителей науки. Сопутствующий документ с описанием работы также доступен на сайте bioRxiv.

Источник: Google AI Blog