Несмотря на достижения в медицине, пока медики и ученые не могут точно сказать, как работает головной мозг человека. Но разгадка этой тайны близка. Современные цифровые технологии позволяют создавать невероятно сложные симуляции, строить логические цепи и связи. Именно с помощью таких ресурсов и можно понять, как работает мозг человека. Ученые смогли создать такую модель.
На шаг ближе к разгадке
Совместными усилиями IT-специалисты компании Google и ученые Гарвардского университета создали трехмерную детализированную карту мозга, но не целого, а лишь небольшого его участка. Поражают масштабы и цифры. Модель насчитывает порядка 50 тысяч клеток, соединенных между собой синапсами. Всего насчитывается около 130 миллионов таких соединений, а это просто огромная цифра. Для создания модели было использовано 225 миллионов фотоизображений.
Важно отметить, что такой совершенный трехмерный рисунок части мозга человека был создан впервые. До этого не удавалось собрать практический материал и перенести его в виртуальное пространство.
Этапы работы
Сначала ученые попытались создать 3D-карту мозга круглого червя. На это ушло около 10 лет, хотя у этого животного нервная система содержит всего 7 тысяч нейронов. Отметим, что у человека их примерно 100 000 000 000. Затем взялись моделировать коннектом мозга плодовой мушки, у которой примерно 100 000 нейронов. Скрупулезные визуализация и картографирования помогли получить первую полную карту подключения полушария плодовой мушки. Мозг мушки обрабатывался автоматически в сфокусированных электронно-сканирующих микроскопах, которые выстреливали ионами галлия в исследуемый объект, чтобы точно изучить каждый слой, не повреждая следующий.
Работа с мозгом человека
Для следующего исследования взяли образец с височной доли коры головного мозга умершего человека. Объект размером всего 1 мм3 окрасили, покрыли специальной смолой, чтобы сохранить форму, а затем филигранно разрезали на 5300 пластин. Каждая была толщиной примерно 30 нанометров. Затем каждую из пластин с помощью сканирующего электронного микроскопа с разрешением до 4 нм сфотографировали.
Участие специалистов компании Google
Далее к делу присоединились компьютерные специалисты компании Google, которые смогли каждую из полученных учеными картинок изобразить в 3D-формате. Созданное приложение на базе искусственного интеллекта реконструировало все связи между нейронами, а также определило типы всех клеток.
Работа очень сложная и кропотливая. Благодаря усилиям специалистов по IT-технологиям удалось создать максимально приближенную к оригиналу модель, практически полностью повторяющую работу головного мозга человека.
Она является одной из самых точных карт человеческого мозга, которые когда-либо существовали. В ней 50000 клеток, имеющих 130000000 синапсов, а также меньшие сегменты клеток.
Первые итоги исследования были изложены в статье, опубликованной в научном журнале Cell.
Мозг отвечает за решение сотен задач, включая память, ориентацию в пространстве, логическое мышление, сопоставление образов и так далее. Представьте, что перед вами 86 млрд нейронов, связанных триллионами синапсов. Почти невозможно сказать, какой синапс за что отвечает. При этом связи не являются статичными. У человека постоянно появляются новые мысли, что меняет связи между нейронами. Зная это, можно понять, насколько сложную работу выполнили ученые.
На основании полученного результата можно с уверенностью сказать, что сведения о том, как функционирует человеческий мозг, значительно расширились.
Перспективы дальнейшего изучения человеческого мозга
После такого громкого успеха ученые не собираются останавливаться на достигнутом. В планах гарвардских исследователей стоит создание карты всего головного мозга человека, хотя нужно понимать, что для реализации проекта потребуется намного больше времени, информации и средств.
Чтобы создать трехмерную модель всего мозга человека, потребуются данные объемом 1 зеттабайт. В природе такого понятия, в принципе, не существует, ведь такое количество информации проходит через всю всемирную паутину за год.
В случае успеха удастся найти первопричины возникновения болезней, связанных с психическим состоянием человека, и изучить возможные способы их лечения.
