O performanță care părea imposibilă acum câteva decenii a fost atinsă de cercetători. Cu doar o frântură de țesut cerebral de șoarece, de dimensiunea unui grăunte de nisip, oamenii de știință au creat prima hartă tridimensională completă, precisă și detaliată a creierului unui mamifer, anunță CNN.
Studiul publicat în revista Nature este rezultatul a aproape un deceniu de muncă susținută a 150 de cercetători din 22 de instituții, coordonați de Allen Institute for Brain Science, Baylor College of Medicine și Universitatea Princeton.
Harta dezvăluie forma, funcționarea și activitatea a 84.000 de neuroni și peste 500 de milioane de sinapse, alături de 200.000 de alte celule cerebrale. În doar acel minuscul fragment de țesut au fost identificate nu mai puțin de 5,4 kilometri de rețea neuronală, susțin autorii studiului.
„Unul dintre lucrurile uimitoare pe care le arată acest proiect este cât de frumos este, în mod incredibil, creierul. Când privești acești neuroni în detaliu, ai același sentiment de uimire ca atunci când te uiți la o galaxie îndepărtată”, a declarat dr. Forrest Collman de la Allen Institute.
O cantitate copleșitoare de date
Deși harta acoperă doar 1/500 din volumul total al creierului unui șoarece, ea a generat un volum uriaș de informații: 1,6 petabytes de date (echivalentul a 22 de ani de video HD redat continuu). Aceste date sunt deja disponibile publicului prin programul MICrONS („Machine Intelligence from Cortical Networks”).
Cum a fost realizată harta creierului
Procesul a început la Baylor College of Medicine, unde cercetătorii au înregistrat activitatea cerebrală într-o porțiune minusculă (1 mm³) a cortexului vizual al unui șoarece viu, în timp ce acesta alerga pe o bandă și urmărea videoclipuri scurte, dar și clipuri extreme de pe YouTube, precum motocross, sanie de mare viteză sau BASE jumping.
După ce șoarecele a fost eutanasiat, cercetătorii de la Allen Institute din Seattle au tăiat acel mic fragment de creier în peste 28.000 de felii, fiecare având o grosime de 1/400 dintr-un fir de păr uman. Fiecare secțiune a fost apoi fotografiată, iar imaginile au fost reconstituite într-o hartă tridimensională.
„A durat 12 zile și 12 nopți, cu echipe care lucrau non-stop în ture. Dacă am fi pierdut o singură secțiune, întregul proces ar fi trebuit reluat de la zero. A fost extrem de stresant”, a povestit dr. Nuno Maçarico da Costa.
O performanță care nu ar fi fost capabilă fără IA
La Universitatea Princeton, specialiștii au folosit inteligența artificială pentru a identifica și colora fiecare neuron individual într-un proces numit segmentare. Datele generate de IA sunt verificate manual de cercetători, un proces aflat încă în desfășurare.
Rezultatul este ceea ce oamenii de știință numesc “connectomul” creierului de șoarece, o hartă unificată care arată cum sunt organizate diferite părți ale creierului și cum colaborează diferitele tipuri de celule.
„Connectomul este începutul transformării digitale a neuroștiinței. Acum poți căuta informații în câteva secunde, informații care înainte ar fi cerut o întreagă teză de doctorat”, a declarat dr. Sebastian Seung, profesor la Princeton”.
Un vis considerat imposibil
Mult timp, un asemenea nivel de detaliu al creierului a fost considerat imposibil. Francis Crick, laureat Nobel și co-descoperitor al structurii ADN-ului, afirma în 1979 că „este inutil să ceri imposibilul, precum schema exactă a conexiunilor neuronale dintr-un milimetru cub de creier.”
Totuși, acest proiect se bazează pe progrese anterioare,conectomul viermelui C. elegans a fost finalizat în 2019, iar în 2024 s-a obținut o hartă completă a creierului muștei de oțet. Comparativ, un milimetru cub din creierul unui șoarece este de 20 de ori mai mare decât întregul creier al muștei și mult mai complex.
Cercetătorii speră ca în 3-4 ani să poată cartografia întregul creier al șoarecelui. Totuși, aplicarea aceleiași metode la creierul uman ar fi mult mai dificilă, atât din punct de vedere tehnic, cât și etic. „Creierul uman este de aproximativ 1.500 de ori mai mare decât cel al șoarecelui,” a explicat dr. Collman.
Chiar și așa, ar putea deveni posibilă trasarea axonilor umani, chiar dacă nu și a tuturor conexiunilor sinaptice. Reconstruirea completă a creierului uman este, probabil, un obiectiv al unui viitor foarte îndepărtat”, a adăugat dr. Clay Reid de la Allen Institute.
Implicații pentru studierea bolilor neurologice
Zona cartografiată, neocortexul, este deosebit de importantă pentru că este responsabilă de funcțiile cognitive superioare: percepție senzorială, limbaj, planificare și luare a deciziilor. Iar ceea ce este fascinant, spun cercetători de la Harvard, este că toate aceste funcții se bazează pe un plan structural comun în toate mamiferele.
Șoarecii de laborator sunt deja utilizați pe scară largă pentru a studia bolile umane, iar o înțelegere mai profundă a conectivității creierului lor ar putea revoluționa cercetarea bolilor precum Alzheimer, Parkinson, autismul sau schizofrenia.
„Dacă ai un radio stricat și schema sa electrică, ai o șansă mai bună să-l repari, Această hartă este echivalentul unui Google Maps pentru un grăunte de creier. În viitor, o putem compara cu o hartă a unui creier afectat de boală”, a concluzionat da Costa.
