Peste 57.000 de celule și 150 de milioane de conexiuni, prezente într-o mostră infimă de creier uman

Oamenii de știință au reconstruit o schemă electrică a unei bucăți de creier uman cu detalii fără precedent, dezvăluind noi curiozități și complexități în ceea ce mulți consideră cel mai sofisticat obiect din universul cunoscut.

Cercetătorii de la Harvard au colaborat cu experți în învățare automată de la Google pentru a cartografia circuitele neuronale, conexiunile, celulele de susținere și alimentarea cu sânge dintr-o bucată de țesut sănătos. Această mostră a fost prelevată din cortexul unei femei de 45 de ani care fusese operată de epilepsie.

• Motive să fim optimiști: Inovațiile din știință care fac lumea mai bună
• Oamenii de știință au dezvăluit coroana unei găuri negre pentru prima dată

Bucățica de creier reprezenta doar un milimetru cubic de țesut, dar cercetarea a reprezentat, totuși, o sarcină uriașă pentru echipă. Imaginile la microscopul electronic a mai mult de 5.000 de felii din eșantion au dezvăluit 57.000 de celule individuale, 150 de milioane de conexiuni neuronale și 23 centimetri de vase de sânge.

Un milimetru cub de creier conține un întreg univers

„Scopul a fost acela de a obține o imagine de înaltă rezoluție a celei mai misterioase părți a biologiei pe care fiecare dintre noi o poartă pe umeri. Motivul pentru care nu am mai făcut-o până acum este că este al naibii de dificil. A fost într-adevăr enorm de greu să facem acest lucru”, a declarat Jeff Lichtman, profesor de biologie moleculară și celulară la Harvard.

După ce au tăiat țesutul în „plăci” de mai puțin de 1.000 de ori mai subțiri decât lățimea unui fir de păr uman, cercetătorii au realizat imagini la microscopul electronic pentru a capta detalii ale structurii creierului până la scară nanometrică, adică la milionime de milimetru. Un algoritm de învățare automată a urmărit apoi traseele neuronilor și ale altor celule prin secțiunile individuale, un proces minuțios care ar fi durat ani de zile pentru oameni.

Descoperiri ce nu se regăsesc în manuale

Imaginile au cuprins 1,4 petabytes de date, echivalentul a 14.000 de filme de lungime întreagă, la rezoluție 4k.

„Am descoperit multe lucruri în acest set de date care nu se regăsesc în manualele de specialitate. Nu înțelegem aceste lucruri, dar pot să vă spun că ele sugerează că există o prăpastie între ceea ce știm deja și ceea ce trebuie să știm”, a declarat Lichtman.

Într-o observație deconcertantă, așa-numiții neuroni piramidali, care au ramuri mari numite dendrite, au prezentat o simetrie curioasă, unii fiind orientați spre înainte, iar alții spre înapoi. Alte imagini au dezvăluit vârtejuri strânse de axoni, fibrele subțiri care transportă semnale de la o celulă cerebrală la alta, ca și cum ar fi rămas blocate într-un sens giratoriu înainte de a identifica ieșirea corectă și de a-și continua drumul.

Harta a dezvăluit, de asemenea, cazuri rare în care neuronii au realizat conexiuni extrem de puternice cu alte celule. Pe întreaga bucată de țesut cerebral, peste 96% dintre axoni au realizat o singură conexiune cu o celulă țintă, iar 3% au realizat două conexiuni, arată The Guardian.

Lichtman consideră că astfel de conexiuni puternice ar putea ajuta la explicarea modului în care comportamente bine învățate – cum ar fi ridicarea piciorului de pe accelerație și apăsarea frânei la culoarea roșie a semaforului – necesită aproape zero gânduri după o practică suficientă.

„Cred că aceste conexiuni puternice pot face parte din sistemul de informații învățate și cum arată învățarea în creier”, a mai spus el.

Deocamdată, cercetătorii nici măcar nu se gândesc să cartografieze un întreg creier uman. Sarcina este prea dificilă din punct de vedere tehnologic, iar creierii umani sănătoși „nu se găsesc pe toate drumurile”.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Iată ce se întâmplă în creierul tău dacă îți place să citești ficțiune

Oamenii de știință susțin că au găsit „busola” din creierul uman

Prea multă mâncare nesănătoasă provoacă probleme de durată în creier

Inteligența Artificială a găsit originea psihozei în creier