Zinātnieki no Google un Janelia Research Campus Virdžīnijā ir publicējuši lielāko smadzeņu savienojumu augstas-izšķirtspējas karti, kura projicē jebkura dzīvnieka neironu savienojumus. Karte izstrādāta kā 3D modeli, kas uzrāda 20 miljonus synapses (sinapses), savienojot apmēram 25 000 neironus ,,augļu” mušas smadzenēs.
Modelis ir lielas sasniegums connectometrics (konektometrika) jomā, kurā tiek izmantotas detalizētas attēlveidošanas metodes, lai attēloti smadzeņu fiziskos ceļus. Šī karte, kas pazīstama kā “connectome”, ietver sevī aptuveni vienu trešdaļu augļu mušas smadzeņu. Līdz šim tikai vienam organismam – roundworm – C. elegans – šādā veidā pilnībā ir izveidota smadzeņu karte.
Connectomics ir jaukta reputācija zinātnes pasaulē. Aizstāvji apgalvo, ka tas palīdz smadzeņu fiziskās daļas saistīt ar konkrētām uzvedības pazīmēm, kas ir galvenais mērķis neirozinātnē. Taču kritiķi atzīmē, ka šobrīd vēl nav panākts būtisks atklājums, un viņi norāda, ka rūpīgs kartēšanas neironu process patērē milzum daudz resursu , kurus varētu labāk ieguldīt citur.
3D karte, ko izveidojusi Google un FlyEM komanda, noteikti ir liels tehnisks sasniegums, rezultāts ko izvdevies sasniegt korelējot automatizētas metodes un cilvēku darba rezultātus.
Pirmais kartes izveidošanas solis bija sagriezt augļu mušas smadzenes tikai 20 mikronu biezos gabalos, kas rupji sakot ir tikai trešdaļā no cilvēka matu platuma. Augļu mušas ir izplatīts testa organisms konektometrikā, jo tām ir samērā vienkāršas smadzenes magoņu sēklas lielumā, bet sarežģīta tipa dažādas darbības to uzvedībā, kā, piemēram, to sveicināšanās dejas.
Pēc tam šīs smadzeņu šķēles tiek novērotas, bombardējot tās ar elektronu plūsmām no to skenējoša elektronu mikroskopa. Iegūtie dati satur apmēram 50 triljonus 3D pikseļu vai vokseļu, kurus apstrādā, izmantojot algoritmu, kas izseko katras šūnas ceļus.
Neskatoties uz Google algoritmisko veiklību, programmatūras darba pārbaudei joprojām bija nepieciešama apjomīga cilvēku komanda. Uzņēmums izteicās, ka kompānija tas prasīja divus gadus un simtiem tūkstošu darba stundu, līdz Janelia zinātniekiem izdevās pilnībā nokoriģēt 3D karti, pārbaudot katru no 20 miljonu ķīmisko sinapšu maršrutiem, izmantojot virtuālās realitātes ierīces un pielāgotu 3D rediģēšanas programmatūru.
Pat pēc tik lieliem pūliņiem iegūtā karte ietver sevī tikai daļu no augļu mušas smadzenēm, ko sauc par hemibrain. Kopumā augļu muša smadzenes satur 100 000 neironu, kamēr cilvēka smadzenēs ir aptuveni 86 miljardi to. Tas tikai liecina par to, cik tālu mēs esam no savu nervu ceļu pilnīga virtuālo savienojumu izveidošanas.
Joshua Vogelstein biomedicīnas inženieris un projekta Open Connectome līdzdibinātājs, sacīja: ,,Es uzskatu, ka cilvēki ir bijuši nepacietīgi pret to, ko konektometrika sniegs. Laiks no labas tehnoloģijas izveidošanas līdz faktiskās zinātnes veikšanai, izmantojot šo tehnoloģiju, bieži vien ir aptuveni 15 gadi. Tagad ir pagājuši 15 gadi, un mēs varam sākt nodarboties ar zinātni.”. Vogelsteins arī piebilda, ka nākamajos desmit gados šādu projektu iegūtie dati beidzot sāks dot rezultātus.
Google un FlyEM komanda savāktos datus ir padarījuši publiski pieejamus ikvienam, un tos iespējams gan skatīt, gan lejupielādēt. Grupa ir arī publicējusi pre-print paper, kurā aprakstīta viņu metodoloģija, un saka, ka nākamajās nedēļās viņi publicēs vairāk rakstu par savu darbu.
Avots: The Vegre
