Невробиолозите са във възторг: Google разгледа “мислите“ в мозъка под обикновен микроскоп

Въпреки съвременното оборудване и огромния опит в невробиологията, учените само повърхностно разбират механизма на мозъка. В острата научна атака срещу мозъка се превърна конектомиката – науката за мозъчните клетки, техните връзки и сигнали в цялото им многообразие. Това е по същество е съставяне на карта на мозъка с всичките негови чувства, мисли и желания. Пълното разбиране на структурата и процесите на нервната тъкан ще направи възможно лечението на заболявания и дори дигитализирането на личностите.

Най-детайлното картографиране на нервната тъкан стана възможно с появата на електронната микроскопия. Електронните микроскопи осигуряват резолюция до един нанометър, което позволява поглед дори и вътре в клетките. Това обаче е изключително скъпо и трудно за работа оборудване, достъпно само за няколко лаборатории в света. Различен е въпросът с конвенционалните оптични микроскопи, които за първи път са предоставили услуга на биологията преди почти 400 години.

Благодарение на личното любопитство на търговеца на текстил Антони ван Льовенхук, който използвал своя примитивен микроскоп, за да изучава живите микроскопични организми, вместо да проверява качеството на боядисването на текстила, светът получил първите изображения на еритроцити, сперматозоиди и други невидими с просто око обекти.

Днес оптичните микроскопи са широко достъпни и сравнително евтини – поне в сравнение с електронните микроскопи, които работят на базата на разсейване на електронния лъч. Увеличението на оптиката обаче не позволява да се изследват обекти с размери по-малки от няколкостотин нанометра, което прави подобни устройства неподходящи за изучаване на нервната тъкан. Това беше докато Google, заедно с учени от Австрия, не създадоха протокол за съставяне на конектом с помощта на оптични микроскопи.

Предпечат на работата на Google и служителите на Института за наука и технологии Австрия (ISTA) се появи преди около година. Наскоро беше публикувано в списание Nature. Ранното публикуване на статията позволи на независими научни групи да тестват революционната технология за визуализиране на нервната тъкан и да потвърдят нейната възпроизводимост.

Същността на метода LICONN е, че участък от нервната тъкан се третира последователно с три хидрогела: два от тях образуват рамка вътре във всички клетки, а третият фиксира структурата. Тъй като хидрогеловете абсорбират вода, те се разширяват приблизително 16 пъти, физически разтягайки тъканния срез. Това прави възможно детайлното изучаване на структурата на среза под конвенционален оптичен микроскоп. Освен това, оцветяването на протеините с различни химикали, включително и флуоресцентните, ни позволява да идентифицираме специфичните молекули и протеини, което е невъзможно да се постигне с помощта на електронна микроскопия.

С помощта на предложения протокол, изследователите на Google са използвали оптичен микроскоп, за да пресъздадат конектома на срез от мозък на мишка, включително и всички нервни процеси на невроните с обща дължина около половин метър (дендрити и аксони). Химическото маркиране е направило възможно идентифицирането на синапсите, тяхната ориентация и дори отделните невротрансмитери, както и някои специфични молекули.

Алгоритмите на Google и методите за машинно обучение са помогнали да се разбере този масив от данни и да се сглоби изображението на отделните секции от среза в триизмерна карта на мозъчната област. Компанията е уверена, че предложената методология и протокол ще ускорят изучаването на мозъчните функции при бозайници и хора, ще позволят разработването на методи за лечение на невродегенеративни заболявания и дори да се помисли за дигитализация на личността — действителното безсмъртие на съзнанието.