Google и ученые Гарварда создали самую подробную карту связей 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 - это самый сложный компьютер из когда-либо существовавших, и нанести на карту этот плотный клубок нейронов, синапсов и других клеток практически невозможно. Но инженеры Google и Гарварда сделали все возможное, создав удобную для просмотра и поиска трехмерную карту небольшого участка коры головного мозга человека.

Около 86 миллиардов нейронов соединяются через 100 триллионов синапсов, и это титаническая задача - точно выяснить, что 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 засучивают рукава и пытаются построить электрическую схему человеческого мозга - так называемый "коннектом".

В прошлом году исследователи из Google и Медицинского института Говарда Хьюза проложили путь с помощью 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 мм 3. Его окрасили для визуальной ясности, покрыв смолой для сохранения, а затем нарезали примерно на 5300 ломтиков каждый толщиной примерно 30 нанометров (нм). Затем они были получены 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 ячейки и структуры внутри. После нескольких проходов через различные автоматизированные системы человеческий глаз "проверяет" некоторые ячейки, чтобы убедиться, что алгоритмы правильно их идентифицируют.

Конечный результат, который Google называет набором данных H01, является одной из наиболее полных карт человеческого мозга, когда-либо составленных. Он 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 приступает к решению этих проблем, набор данных H01 теперь доступен в Интернете для исследователей и любопытных наблюдателей. Сопутствующий предпечатный документ с описанием работы также доступен на сайте bioRxiv.