I ett monumentalt framsteg för neurovetenskapen har en grupp på mer än 150 forskare lyckats kartlägga alla neuroner i en kubmillimeter av en mus hjärna. Denna fantastiska prestation, som verkar hämtad från en science fiction-film, baseras på ett prov av hjärnvävnad som är mindre än ett sandkorn.
Efter sju års arbete och engagemang presenteras resultatet som ett färgglatt nätverk som inte bara framhäver skönheten i hjärnans anatomi, utan också erbjuder den mest detaljerade registreringen av en däggdjurs hjärna hittills. I denna lilla del finns mer än 200.000 neuroner och 523 miljoner synapser, som är kopplingarna mellan nervcellerna.
En prestation av häpnadsväckande precision
För att nå detta resultat placerade forskarna mössen framför skärmar där de såg YouTube-videor, samtidigt som de registrerade den hjärnaktivitet som kom från en liten del av deras hjärnor. För att sätta studiens omfattning i perspektiv är en kubmillimeter tusen gånger mindre än en kubcentimeter, vilket motsvarar mindre än en droppe vatten.
Provet delades upp i 25.000 lager, var och en så tunn att den är 400 gånger tunnare än ett mänskligt hår. Med dessa bilder använde ett team av forskare artificiell intelligens för att återskapa den cellulära strukturen i en 3D-volym, vilket öppnar nya dörrar inom neurovetenskapens studie.
Historiskt sett har det verkade omöjligt att spåra kopplingar och mäta aktiviteten hos neuroner i sådan skala. Men framsteg inom databehandling och artificiell intelligens gör att detta arbete, som tidigare krävde en mödosam och omfattande manuell insats, kan utföras mer effektivt.
Resultaten från detta projekt, benämnt MICrONS (Maskinintelligens från kortikala nätverk), publicerades i tio artiklar i den prestigefyllda tidskriften Nature. Dessutom är diagrammet över hjärnans kopplingar och all data tillgänglig gratis via MICrONS Explorer, vilket upptar ett imponerande utrymme på 1,6 petabyte, motsvarande 22 års videor i hög upplösning.
Clay Reid, en av huvudforskarna, beskrev detta mikroskopiska prov som en “arkitektur som en fin djungel”. Detta arbete möjliggör inte bara testning av befintliga teorier inom neurovetenskap, utan öppnar också dörren för upptäckter som kan revolutionera vår förståelse av hjärnan.
Projektet har avslöjat nya typer av celler och en innovativ mekanism för hjärnhämning, vilket markerar ett betydande framsteg i klassificeringen och förståelsen av hjärnfunktionen. Som Nuno da Costa, en annan forskare, sammanfattade det, “det är som att ha en karta över kretsarna i en trasig radio; det sätter oss i en bättre position för att laga den”.