В одном кубическом миллиметре мозга человека обнаружено более 100 миллионов нейронных связей

Команда исследователей из Гарвардского университета и компании Google реконструировала электрическую схему части человеческого мозга с беспрецедентными подробностями, пишет The Guardian.

Для исследования ученые взяли один кубический миллиметр ткани из коры головного мозга 45-летней женщины, которая перенесла операцию, связанную с эпилепсией.

Электронно-микроскопические изображения более 5,000 срезов образца выявили 57 тыс. отдельных клеток, 150 млн нервных связей и 23 см кровеносных сосудов.

Разрезав ткань на пластины, исследователи сделали изображения каждой из них с помощью электронного микроскопа, чтобы увидеть детали структуры мозга вплоть до наномасштаба. Затем алгоритм машинного обучения проследил пути нейронов и других клеток через отдельные участки – процесс, который у людей занял бы годы. Изображения содержали 1.4 петабайта данных, что эквивалентно 14 тысячам полнометражных фильмов с разрешением 4K.

«В этом наборе данных мы нашли много вещей, которых нет в учебниках. Мы не понимаем этих вещей, но я могу сказать вам, что они предполагают, что существует пропасть между тем, что мы уже знаем, и тем, что нам нужно знать», – сказал Джефф Лихтман, профессор молекулярной и клеточной биологии в Гарварде.

В одном из наблюдений пирамидальные нейроны, имеющие отростки под названием дендриты, продемонстрировали интересную симметрию: некоторые из них были обращены вперед, а другие назад.

Также выявлены редкие случаи, когда нейроны создавали чрезвычайно прочные связи с другими клетками. По всей ткани головного мозга более 96% аксонов установили только одну связь с необходимой им клеткой, а 3% – две связи. Но есть и такие, которые установили более 50 связей с соседней ячейкой. Лихтман предположил, что такие уникумы могут объяснить, почему некоторые схемы действий – например, тормозить на красный свет – после многократного повторения больше не требуют размышлений. 

«Думаю, эти мощные связи могут быть частью системы усвоенной информации и того, как обучение выглядит в мозгу», – сказал он. 

На данный момент исследователи не планируют картирование всего человеческого мозга, поскольку, по их словам, это слишком сложно технологически. Вместо этого следующим проектом станет сотрудничество нескольких университетов с Google по реконструкции связей во всем мозге мыши. Это могло бы пролить свет на мозговые цепочки, которые заставляют мышь двигаться к швейцарскому сыру и, в свою очередь, на то, что заставляет человека останавливаться возле пекарни. 

По словам Лихтмана, следующее исследование даст некоторое представление о том, «как человеческая воля направляется чувственным опытом».

Ранее мы писали о том, что изменения климата, отчасти вызванные нефтегазовой промышленностью, не просто формируют среду человека, но и приводят к ощутимым изменениям в его мозге.