Trójwymiarowa mapa połączeń wszystkich neuronów zawartych w milimetrze sześciennym mózgu

Ostatnio opublikowane badanie w czasopiśmie Science przynosi przełom w dziedzinie neurologii dzięki szczegółowemu zmapowaniu niewielkiego fragmentu ludzkiego mózgu. Celem projektu było stworzenie obszernego zbioru danych, który umożliwia badanie obwodów nerwowych na poziomie pojedynczych neuronów oraz ich połączeń synaptycznych na skalę obejmującą tysiące neuronów.

Badacze po pierwsze musieli się zmierzyć z wyzwaniem, jakim było uzyskanie dostępu do wysokiej jakości ludzkiej tkanki mózgowej. Rozwiązaniem okazało się wykorzystanie fragmentu kory skroniowej, pozyskanej podczas operacji neurochirurgicznej przeprowadzanej u pacjenta z padaczką. Próbkę o objętości jednego milimetra sześciennego przetworzono z pomocą zaawansowanych technik mikroskopowych. Została ona podzielona na około 5000 ultracienkich skrawków, które następnie zeskanowano, tworząc setki milionów obrazów o wysokiej rozdzielczości. Obrazy te posłużyły do stworzenia trójwymiarowego modelu przy użyciu sztucznej inteligencji, co pozwoliło na dokładne przedstawienie struktury i połączeń nerwowych.

Badanie ujawniło kilka niezwykłych struktur i połączeń neuronalnych. Zidentyfikowano między innymi neurony tworzące do 50 połączeń, co – według dotychczasowej wiedzy – jest zjawiskiem rzadko spotykanym w normalnej strukturze mózgu. Ponadto odkryto neurony z wypustkami tworzącymi skomplikowane węzły oraz pary neuronów, które działają jak niemal doskonałe lustrzane odbicia swoich struktur. Te niezwykłe odkrycia mogą prowadzić do lepszego zrozumienia organizacji synaptycznej w ludzkim mózgu, a w konsekwencji doprowadzić do lepszego zrozumienia procesów uczenia się, pamięci i innych funkcji poznawczych. Badacze uważają, że szczegółowa mapa mózgu może pomóc w identyfikacji nowych celów dla interwencji farmakologicznych lub innych form terapii w chorobach neurodegeneracyjnych i psychiatrycznych. Ponadto, otwarty dostęp do danych i narzędzi analizy, który został zapewniony przez zespół badawczy, sprzyja globalnej współpracy naukowej i może przyspieszyć odkrycia w wielu dziedzinach nauk o mózgu. Projekt został entuzjastycznie przyjęty przez społeczność naukową z uwagi na jego innowacyjność i potencjalny wpływ na przyszłe badania. Specjaliści podkreślają, że dzięki temu badaniu możliwe staje się głębsze zrozumienie nie tylko podstawowych funkcji mózgu, ale również mechanizmów leżących u podstaw zaburzeń psychicznych i neurodegeneracyjnych. Podsumowując, badanie to stanowi znaczący krok naprzód w naszym dążeniu do zrozumienia niezwykłej złożoności ludzkiego mózgu. Oferuje ono nie tylko nowe spojrzenie na synaptyczną organizację mózgu, ale również otwiera drzwi do potencjalnych nowych terapii dla chorób mózgu, co czyni je kamieniem milowym w dziedzinie neurologii.

Dostęp do danych: https://h01-release.storage.googleapis.com/data.html

Źródło: www.nature.com