🧠Исследователи завершили крупнейшую в истории цифровую реконструкцию ткани мозга человека с помощью искусственного интеллекта. Вот почему следующим они возьмутся за мозг мыши.
Недавно исследователи Google представили самую большую и подробную карту человеческого мозга из всех, которые когда-либо были. В нем описан всего 1 кубический миллиметр мозговой ткани — размером с половину рисового зернышка, — но с достаточно высоким разрешением, чтобы показать отдельные нейроны и их связи друг с другом, и для кодирования потребовалось 1,4 петабайта данных.
Хотя это всего лишь крошечный фрагмент мозга, карта привела к нескольким удивительным открытиям:
“Например, мы обнаружили, что некоторые провода сворачиваются в гигантские узлы”, - говорит о нейронах научный сотрудник Google Вирен Джейн. “Мы понятия не имеем, почему — никто никогда раньше этого не видел”.
Теперь Вирен и его команда получили доступ к мозгу мышей🐁. И на то есть веская причина — эти млекопитающие могут помочь разгадать тайны нашего разума, которые ускользали от нас с самого начала. Такие загадки, как: как хранятся и извлекаются воспоминания? Как мы распознаем объекты и лица? Почему нам нужно так много спать? И что происходит не так при болезни Альцгеймера и других заболеваниях мозга?
🔥Я очень жду новых исследований, а особенно - открытий! Мне очень хочется узнать больше про наш мозг, я горю желанием всё узнать (я интересуюсь этим самым неизученным органом). Меня раздирает от любопытства.
По словам Вирена, одной из причин, по которой у них нет ответов на эти вопросы, заключается в том, что пока нет данных, необходимых для изучения мозга.
В человеческом мозге насчитывается около 86 миллиардов нейронов, соединенных друг с другом более чем 100 триллионами синапсов, которые позволяют вам думать, чувствовать, двигаться, воспринимать и обрабатывать информацию, запоминать памятные события в Вашей жизни и взаимодействовать с окружающим миром.
Подумать только, важнейший орган в человеческом организме - небольшой комочек в форме грецкого ореха, занимающий всего 2% - 3% от всей массы тела, является сложнейшим и мощнейшим компьютером, потенциал и возможности которого почти не раскрыты.
Создавая карту этих нейронных связей, известную как “коннектом”, мы можем получить новое представление о том, как работает наш мозг и почему иногда он этого не делает))
😎Для создания подробных карт на синаптическом уровне исследователям необходимо получить изображение мозга с нанометровым разрешением и работать с огромными объемами данных. Это серьезная техническая задача, требующая постоянных инноваций в методах визуализации, алгоритмах ИИ и инструментах управления данными. Вот почему 10 лет назад Google Research сформировала свою команду Connectomics.
За последнее десятилетие команда разработала технологии для более эффективной обработки, анализа и обмена данными, что позволяет исследователям значительно увеличить прогресс в понимании работы мозга.
Например, они внедрили заполняющие сети, которые заменили ручное окрашивание клеток на изображениях мозга с помощью машинного обучения для автоматического отслеживания путей нейронов через слои ткани. Основываясь на этом, их алгоритм SegCLR автоматически идентифицирует отдельные части клеток и типы клеток в этих сетях. И они создали программное обеспечение, такое как TensorStore и Neuroglancer, которое помогает хранить, обрабатывать и визуализировать большие многомерные изображения и объемы.
Тем не менее, для составления карты всего коннектома человеческого мозга потребовалось бы собрать и проанализировать не более зеттабайта данных (одного миллиарда терабайт), что выходит за рамки нынешних возможностей существующих технологий.
“Если бы мы составили карту всего человеческого мозга прямо сейчас, на это могли бы уйти миллиарды долларов и сотни лет”, - говорит Вирен.
Вместо этого исследователи сосредотачиваются либо на картировании больших участков мозга мелких животных, либо на небольших фрагментах мозговой ткани крупных животных. В 2020 году команда коннектомистов нанесла на карту половину мозга плодовой мушки, выявив связи между 25 000 нейронами. Благодаря сотрудничеству с исследователями в этой области они также создали коннектомы для участков мозга зебрового вьюрка и личинок рыбок Данио. А в мае вышеупомянутая карта 1 кубического миллиметра ткани человеческого мозга была опубликована в Science.
Тысячи исследователей по всему миру использовали наборы данных из этих проектов, что привело к сотням опубликованных открытий.
Исследователи создали 3D-изображение почти каждого нейрона и их связей в небольшом кусочке ткани человеческого мозга. На верхнем изображении показаны возбуждающие нейроны, а на нижнем - тормозные нейроны.
Сейчас команда коннектомиков работает с партнерами из Гарварда, Принстона и других стран над составлением карты гиппокампа мыши — части мозга, ответственной за кодирование воспоминаний, внимания и пространственной навигации и представляющей 2-3% всего мозга мыши.
Без времени или технологий для составления карты всего человеческого мозга анализ коннектома мыши - следующая лучшая вещь. Он достаточно мал, чтобы быть технически осуществимым, и потенциально может дать информацию, имеющую отношение к нашему собственному разуму.
“Когда вы смотрите на мозг мыши в электронный микроскоп, он выглядит точно так же, как человеческий мозг. По сути, это миниатюрная версия человеческого мозга ”, - говорит Джефф В. Лихтман, профессор молекулярной и клеточной биологии в Гарварде. Вот почему ученые часто используют мышей для изучения заболеваний человеческого мозга.
Мыши - это всего лишь новейший рубеж развития коннектома; нейробиологи десятилетиями работали над картированием все более крупного и сложного мозга. Первый коннектом был для мозга червя — опубликован в 1986 году, на составление карты ушло 16 лет.
Несмотря на то, что мозг мыши в 1000 раз меньше человеческого, его картирование по-прежнему является огромной технической задачей. Набор данных, полученный из одного коннектома мозга мыши с нанометровым разрешением, может быть самым большим биологическим набором данных, когда-либо собранным, и оценивается примерно в 20 000-30 000 терабайт.
“Таким образом, не просто получение данных, но даже простое хранение и точная обработка всех этих данных является серьезной проблемой”, - говорит Вирен. “Но это был наш уникальный вклад в эту область: разработка инструментов, повышающих точность по последнему слову техники, а затем реальное применение их в масштабе ко все большим и большим наборам данных”.
В случае успеха проекта команды коннектомиков "Мозг мыши" ученые впервые нанесут на карту часть гиппокампа млекопитающих. Это самый большой фрагмент мозга, который исследователи когда-либо пытались отобразить.
“Фундаментальные исследования представляют исключительную ценность”, - говорит Вирен. “Что меня радует, так это то, что однажды у нас будет точное понимание того, как мы формируем воспоминания и что лежит в основе психических расстройств или болезней. Но для того, чтобы сделать это, мы должны создать такой цикл технологий, который был бы невообразим еще два десятилетия назад ”.
************************************************************************************
Ну что, ждёте новых открытий? Делитесь своим мнением в комментариях! Хорошего дня.
Источник
Грош цена таким исследованиям . Мы сильно на разных ступенях.