Vedci z Google a Harvardu tvoria 3D mapu ľudského mozgu. Ide to ťažko

Dá sa povedať, že ľudský mozog je pravdepodobne jednou z najzložitejších štruktúr minimálne na Zemi. V lebke sa nachádza okolo 86 miliárd neurónov navzájom prepojených prostredníctvom 100 biliónov synapsií. Tento biologický počítač spracováva podnety zmyslových orgánov, emócie, spomienky a tak ďalej, aj keď niektorí vedci pripúšťajú „kacírske“ myšlienky, že samotné vedomie nie je súčasťou mozgu. Mozog s tým však určite úzko súvisí.

Iróniou pritom je, že ľudský mozog je tak komplikovane zložitý, že je asi nemožné, aby napriek svojej výpočtovej kapacite porozumel sám sebe. To však nebráni tímom vedcov, aby sa pokúsili vytvoriť kompletnú schému zapojenia ľudského mozgu, nazývanú „konektóm“.

Harvard University a Google Research vytvorili komplexnú 3D mapu takmer každého neurónu v malej časti ľudského mozgového tkaniva. Zmapovali desaťtisíce buniek a milióny synapsií vo vzorke mozgového tkaniva o veľkosti zrnka maku. Výsledkom je významný krok v jednej z najväčších vedeckých výziev. Ide o doteraz najväčší súbor dát o nervových spojeniach v malom kúsku ľudského mozgu.

Jeden neurón sa spája s viac ako 5 000 axónmi z iných neurónov prostredníctvom aspoň rovnakého počtu synapsií. Vzorka mala len 1 mm³, čo je veľkosť zhruba jedného makového semienka, ale v tomto priestore sa nachádza 57 000 neurónov, 230 mm krvných ciev a 150 miliónov synapsií.

Jeden neurón (biely) sa spája s viac ako 5 000 axónmi (modré) z iných neurónov prostredníctvom zhruba rovnakého počtu synapsií (zelené).

Ide o náročný proces, veď mapovanie len tohto malého kúska mozgu vytvorilo 1,4 petabajtov (PB) alebo 1 400 TB údajov. To zodpovedá 28 000 Blu-Ray diskom.

Odhaduje sa, že ľudský mozog – najhustejšie známe dátové médium – má kapacitu na ukladanie dát 2,5 PB. To znamená, že mozog by nedokázal teoreticky uložiť ani dáta popisujúce jeho tkanivo o objeme 2 mm³. Zmapovanie celého ľudského mozgu by si vyžadovalo odhadom 1 exabajt (EB), čiže milión TB údajov. To je rozsah dátových centier CERNu pre Veľký hadrónový urýchľovač.

Vedci pri mapovaní farebne odlíšili neuróny vo vzorke na základe ich veľkosti a typu, čo vytvára obrazy, ktoré vyzerajú ako husté lesy. Zmapovaná oblasť mozgu je súčasťou predného temporálneho laloku, ktorý je zodpovedný za sémantickú pamäť. To znamená, že elektrické signály v tomto tkanive reprezentujú znalosti tejto osoby o predmetoch, iných osobách, slovách a faktoch.

Obrázky 3D mapy mozgového tkaniva ukazujú, ako perfektne sú prepojené neuróny, ale odhaľujú aj ďalšie neočakávané pohľady. Zdá sa, že niektoré zhluky neurónov sa z neznámych dôvodov vyskytujú v zrkadlových pároch. Iné sa organizujú do tvarov, ktoré tím nazýva „axónové špirály“, kde dlhé časti vlákna neurónov tvoria uzly doteraz neznámym spôsobom. Vedci sa domnievajú, že by mohlo ísť o neznámy príznak epilepsie, keďže pacient, ktorému bola vzorka odobratá, trpel touto chorobou. Ale môžu byť len zriedkavým výskytom v zdravom mozgovom tkanive.

Táto 3D mapa malej vzorky neurónového tkaniva je len malým krokom ku konečnému cieľu zmapovať celý ľudský mozog. K nemu máme ešte ďaleko, ale výskum napreduje. Doteraz vedci zvládli úplne zmapovať mozog červa, polovicu mozgu ovocnej mušky a teraz túto malú vzorku ľudského mozgu. V ďalšej fáze je na rade mozog myši, ale je len otázkou času, kedy sa podarí zmapovať aj ľudský mozog. Spomeňme si, že aj zmapovanie ľudskej DNA bolo svojho času veľkou výzvou. Výskum bol publikovaný v časopise Science.