Proiectul dezvăluie 84.000 de neuroni și 500 de milioane de sinapse dintr-un fragment minuscul de creier de rozător.
Folosind o minusculă bucată de creier de șoarece, de dimensiunea unui grăunte de nisip, oamenii de știință au reușit să creeze prima hartă tridimensională completă a conexiunilor neuronale din creierul unui mamifer. Această reușită fără precedent cartografiază 84.000 de neuroni și peste 500 de milioane de sinapse, redând și funcționarea a 200.000 de celule cerebrale dintr-un milimetru cub de țesut cortical.
Microscopica mostră de creier conținea aproximativ 5,4 kilometri de conexiuni neuronale – o lungime mai mare decât a Central Park din New York. Proiectul a fost realizat de 150 de cercetători din 22 de instituții, sub coordonarea Institutului Allen pentru Știința Creierului, a Colegiului de Medicină Baylor și a Universității Princeton, și este considerat un moment de cotitură în neuroștiință.
„Un produs secundar al întregului proiect ne arată cât de incredibil de frumos este creierul”, a declarat dr. Forrest Collman, director asociat pentru date și tehnologie la Institutul Allen, într-un videoclip distribuit de organizație. „Este la fel de fascinant cum e să privești o galaxie îndepărtată. E nebunie ce-i acolo!”, a mai spus acesta potrivit CNN.
Deși harta acoperă doar 1/500 din creierul unui șoarece, analiza a generat nu mai puțin de 1,6 petaocteți de date – echivalentul a 22 de ani de video HD. Aceste informații sunt disponibile publicului, ca parte a programului MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks).
Analiză de laborator, 'felie cu felie'
Cercetătorii de la Baylor au început prin a înregistra activitatea neuronală într-o zonă de 1 mm³ din cortexul vizual al unui șoarece treaz. Animalul alerga pe o bandă și viziona secvențe din filme precum The Matrix, Mad Max: Fury Road sau videoclipuri YouTube cu sporturi extreme. Ulterior, după eutanasierea acestuia, creierul a fost secționat în peste 28.000 de felii ultrafine, fiecare de grosimea a 1/400 dintr-un fir de păr, apoi fotografiat strat cu strat.
Reconstrucția 3D a fost posibilă cu ajutorul inteligenței artificiale, printr-un proces numit segmentare: neuronii au fost urmăriți și colorați individual pentru a evidenția traseele și conexiunile. Informațiile generate automat au fost ulterior verificate manual de echipe de cercetători.
„Ne-a luat 12 zile și nopți în ture non-stop”, a spus dr. Nuno Maçarico da Costa de la Institutul Allen. „Dacă o secțiune era pierdută, întregul proces trebuia reluat de la zero”.
Harta obținută oferă o viziune fără precedent asupra „conectomului” – rețeaua completă de conexiuni dintre neuroni – și asupra modului în care diferitele tipuri de celule interacționează. Aceasta ar putea transforma radical modul în care înțelegem funcționarea creierului.
„Conectomul este începutul transformării digitale a neuroștiinței”, a spus dr. Sebastian Seung, profesor la Princeton. „Informații care altădată necesitau o teză de doctorat pot fi obținute acum în câteva secunde”.
Cartografierea creierului în detaliu a fost considerată imposibilă în trecut. Chiar Francis Crick, laureatul Nobel pentru descoperirea ADN-ului, spunea în 1979 că un astfel de proiect este de domeniul fanteziei. Dar astăzi, acest lucru este o realitate – cel puțin la nivelul unui șoarece.
Harta recentă vine în completarea unor eforturi similare pe creaturi mai mici: nematodul C. elegans (2019) și muștele fructelor (2024). Creierul șoarecelui este de 20 de ori mai mare decât cel al muștei, iar complexitatea sa ridică provocări tehnice majore.
Pe când și harta creierului uman?
Cartografierea unui creier uman rămâne, pentru moment, o utopie. „Este de 1.500 de ori mai mare decât cel al unui șoarece, iar provocările etice și tehnice sunt uriașe”, a explicat dr. Collman pentru sursa citată. Totuși, ar putea fi posibilă în viitor urmărirea traseelor neuronale majore chiar și în creierul uman, a adăugat dr. Clay Reid de la Institutul Allen.
Neocortexul – zona cartografiată – este esențial pentru funcțiile cognitive superioare. Înțelegerea sa oferă perspective noi în cercetarea afecțiunilor precum Alzheimer, Parkinson, autism sau schizofrenie, care afectează comunicarea neuronală.
„Dacă ai un radio stricat și schema circuitului, ai mai multe șanse să-l repari”, a spus da Costa. „Acum avem o hartă completă – un Google Maps al creierului – pe care o putem compara în viitor cu modelele de boală”.
Comentează