Революционна 3D карта на мозъчните връзки хвърля светлина върху тайните на съзнанието ни

Един от начините, по които се използва изкуственият интелект (ИИ) е да се помогне на изследователите да обработят огромни количества данни. Включително в областта на науката и медицината.

Изследователи от Google и невролози от Харвард са обединили усилията си, за да създадат безпрецедентен изглед на човешкия мозък, който може да помогне за по-доброто разбиране на неврологичните разстройства и да даде отговор на фундаментални въпроси за това как работят мозъците ни.

Чрез комбиниране на мозъчни изображения с обработка и анализ на изображения, базирани на изкуствен интелект, изследователите са реконструирали почти всяка клетка и всички нейни връзки в малък обем човешка мозъчна тъкан с размер на половин оризово зърно. Въпреки, че това е изображение на изключително малка област от мозъка, за обработката на неговата 3D визуализация са били необходими огромни 1,4 петабайта (1,4 милиона гигабайта) дисково пространство.

Специалистите предоставиха отделни кадри от тази визуализация, за да може всеки човек, който не притежава свръхмощно научно оборудване да се запознае с плодовете на работата на изкуствения интелект, разширявайки своите хоризонти, както и да потвърди или отрече собствените си представи за структурата на мозъка.

Използваното от изследователите парче мозъчна тъкан, взето от предния темпорален лоб принадлежи на жена, страдаща от епилепсия. Хирурзите е трябвало да го отстранят, за да стигнат до желаната част от мозъка. Именно това парче в крайна сметка става обект на изследването на учените.

Пробата от тъкан с размер един кубичен милиметър съдържа около 50 000 клетки и около 150 милиона синапси. Това са точките на свързване, които пренасят сигнали от един неврон към друг. Някои двойки неврони имали невероятното свойство да са свързани помежду си изключително силно, чрез цели 50 синапса. Нещо повече, изследователите не знаят защо невроните правят това.

Невроните в мозъка са тясно свързани. По-долу е представен един свободно стоящ неврон (бял), който има повече от 5000 аксона (показани в синьо), идващи от други неврони, за да предават сигнали и поне още толкова синапси, които пренасят сигнали от аксона към приемащия неврон. Синапсите са показани в зелено.

Изненадващото откритие на това проучване е появата на така наречените „аксонни вихри“. Аксоните (показани в синьо) са влакнестата част на нервната клетка, която предава сигнал на разстояние от клетката. Тези примковидни клъстери от аксони се срещаха рядко в пробата. В някои случаи те дори бяха разположени на повърхността на друга клетка (показани в жълто). Тяхната функция все още не е известна на учените.

Отделен неврон (бял) получава сигнали, които определят дали да бъде задействан. На изображението по-долу са показани всички аксони, които могат да му кажат да се включи (подчертани в зелено) и всички аксони, които могат да му кажат да не се включва (подчертани в синьо). В мащабите на мозъка такъв безумен брой връзки и взаимодействия изглежда просто невероятен.

Изследователите все още имат много какво да видят и да разберат, дори в мащаба на такова малко парченце мозъчна тъкан. Учените вярват, че ако продължат да изучават връзките в мозъка, един ден ще могат да разберат неща като това как се формират спомените ни или какво води до неврологични разстройства и заболявания като аутизъм и Алцхаймер.