نقشه‌برداری سه‌بعدی از نمونه‌ مغز انسان به اندازه یک دانه خشخاش

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از نیواطلس، دانشگاه هاروارد و گوگل ریسرچ یک غواصی عمیق در مغز انسان منتشر کرده‌اند که هزاران سلول و میلیون‌ها سیناپس را در نمونه‌ای به اندازه دانه خشخاش از بافت مغز نقشه برداری کرده است. این تلاش تصاویر خیره کننده‌ای را تولید کرد و گامی بزرگ به سوی حل یکی از بزرگترین چالش‌های علم است.

شاید اشتباه نباشد اگر بگوییم مغز انسان پیچیده‌ترین چیز موجود در جهان است. در جمجمه شما حدود ۸۶ میلیارد نورون از طریق ۱۰۰ تریلیون سیناپس به یکدیگر متصل شده‌اند و از این شبکه درهم تنیده چربی به نحوی تمام افکار، احساسات، امیدها، خاطرات خجالت آور، غذا‌های مورد علاقه، چیز‌های عجیب و غریب شما را شکل می‌دهد.

نکته مهم دیگر این است که مغز انسان به قدری پیچیده است که علیرغم قدرت پردازشی که دارد، تقریباً غیرممکن است که بتواند خود را واقعاً درک کند. اما این مانع از تلاش دانشمندان برای ایجاد یک نمودار سیم‌کشی کامل مغز انسان، معروف به «کانکتوم» نمی‌شود.

انتشار بزرگترین مجموعه داده‌ای از ارتباطات عصبی مغز انسان

اکنون، تیمی از دانشگاه هاروارد و گوگل ریسرچ به موفقیت بزرگی دست یافته‌اند و بزرگترین مجموعه داده‌ای از ارتباطات عصبی در مغز انسان را منتشر کرده‌اند. یک تکه کوچک از این نمونه فقط ۱ میلی متر مکعب یا تقریباً به اندازه یک دانه خشخاش بود. اما در آن فضا ۵۷ هزار نورون باورنکردنی، ۲۳۰ میلی متر رگ خونی و ۱۵۰ میلیون سیناپس وجود دارد.

نقشه برداری فقط از این تکه کوچک مغز، ۱.۴ پتابایت (PB) یا ۱.۴ میلیون گیگابایت داده را تولید کرد. بیایید با کمی ریاضی پشت پرده این دستاورد بزرگ را در چشم انداز قرار دهیم: یک دیسک استاندارد و دو لایه «بلو ری» Blu-Ray می‌تواند ۵۰ گیگابایت را در خود جای دهد. این بدان معناست که فقط نقشه برداری این تکه کوچک از داده‌های تولید شده از مغز معادل ۲۸ هزار دیسک بلو ری است.

چگونه می‌توانیم این تعداد دیسک را تجسم کنیم؟ خب، هر دیسک بلو ری ۱۳میلی‌متر (۰.۵ اینچ) ضخامت دارد، بنابراین اگر همه آنها را روی هم قرار دهید ۳۶۴ متر (۱۱۹۴ فوت) ارتفاع دارند که از مجسمه آزادی که در بالای برج ایفل ایستاده است بالاتر است. همه اینها فقط برای نقشه برداری از نمونه‌ای به اندازه یک دانه خشخاش است!

یک اگزابایت داده برای نقشه برداری از مغز کامل انسان

مغز انسان متراکم‌ترین رسانه ذخیره‌سازی داده‌ای است که می‌شناسیم، تخمین زده می‌شود که ظرفیت ذخیره‌سازی داده‌ها ۲.۵ پتابایت باشد. این بدان معناست که یک مغز پس از بارگیری با داده‌هایی که فقط یک و نیم میلی‌متر مکعب از خود را توصیف می‌کنند، خالی می‌شود. نقشه برداری از مغز کامل انسان به یک اگزابایت (EB) داده نیاز دارد که مقیاس مراکز داده «سرن» برای برخورد دهنده بزرگ «هادرون» است.

به سختی می‌توان اعدادی مانند این را در نظر گرفت، بنابراین بهترین راه برای درک داده‌ها، نگاه کردن به خود نقشه‌های خیره‌کننده است. محققان نورون‌های نمونه را بر اساس اندازه و نوع آنها کد رنگی کردند که تصاویری شبیه جنگل‌های انبوه ایجاد می‌کند. ناحیه مغزی که در اینجا گرفته شده است بخشی از لوب تمپورال قدامی است که مسئول حافظه معنایی است. این بدان معناست که سیگنال‌های الکتریکی که در اینجا مشاهده می‌شود حاوی دانش این شخص از اشیاء، کلمات، حقایق و افراد دیگر است.

در این تصاویر علاوه بر اینکه نورون‌ها به خوبی به یکدیگر متصل هستند، مناظر غیرمنتظره دیگری را نیز نشان می‌دهد. برخی از خوشه‌های نورون به دلایل نامعلومی به صورت جفت‌های آینه‌ای به نظر می‌رسند. محققان آن‌ها را «چرخ‌های آکسون» می‌نامد، جایی که بخش‌های رشته‌ای بلند نورون‌ها انبوه‌های حلقه‌ای را تشکیل می‌دهند که قبلاً دیده نشده بود. محققان می‌گویند این می‌تواند یک علامت ناشناخته صرع باشد، زیرا بیمار نمونه‌گیری شده از آن از این بیماری رنج می‌برد، یا فقط می‌تواند یک اتفاق نادر در بافت سالم مغز باشد.

البته این نمونه تنها یک گام کوچک به سمت هدف نهایی نقشه برداری کل مغز انسان است، اما ناگفته نماند که ما هنوز با آن فاصله داریم. تاکنون محققان از یک مغز کرم کامل به نیمی از مغز مگس میوه رسیده اند و اکنون این بخش کوچک از مغز انسان، مقابله با مرحله بعدی یعنی نقشه‌برداری از مغز موش‌ها است.