دانشمندان از تکه‌ای کوچک از مغز انسان با جزئیات خیره‌کننده نقشه‌برداری کردند

تیمی از دانشمندان با به‌کارگیری بیش از ۱٫۴ پتابایت داده‌ی تصویری از میکروسکوپ الکترونی، قطعه‌ی مکعبی بسیار کوچکی از مغز انسان را بازسازی کردند. اندازه‌ی هر وجه این قطعه‌ی مکعبی از مغز فقط یک میلی‌متر است، اما ۵۷ هزار سلول، ۱۵۰ میلیون سیناپس و ۲۳۰ میلی‌متر رگ خونی بسیار نازک در این فضای میکروسکوپی جای گرفته‌اند.

تلاش برای بازسازی قطعه‌ای از مغز که تقریباً یک دهه به‌طور انجامیده، بزرگ‌ترین و دقیق‌ترین بازسازی از مغز انسان را حاصل کرده است که وضوح آن به سطح سیناپس‌ها می‌رسد. سیناپس‌ها ساختارهایی هستند که انتقال سیگنال بین نورون‌ها را ممکن می‌سازند. جف لیچمن، دانشمند عصب‌شناس دانشگاه هاروارد می‌گوید: «برای بیشتر مردم یک ترابایت بسیار زیاد است، اما تکه‌ی بسیار کوچکی از مغز انسان هزاران ترابایت داده دارد.»

مغز انسان بسیار پیچیده به‌حساب می‌آید. در سراسر قلمرو حیوانات، بسیاری از اعضای حیاتی بدن کم و بیش عملکرد یکسانی دارند، اما مغز انسان منحصربه‌فرد است.

همچنین مطالعه‌ی مغز بسیار دشوار است، اتفاقات زیادی در مغز رخ می‌دهد و در مقیاس‌های کوچک آن ما قادر نبوده‌ایم اتصالات سیناپسی را به‌طور دقیق بررسی کنیم.

مغز انسان حاوی میلیاردها نورون است که سیگنال‌ها را ازطریق تریلیون‌ها سیناپس به سراسر بدن ارسال می‌کند.

درک عمیق‌تر از نحوه‌ی عملکرد مغز مزیت‌های عمیقی برای مطالعات ما درمورد عملکرد و اختلالات معز از جراحات گرفته تا بیماری‌های روانی و زوال عقل به همراه خواهد داشت. در این راستا، لیچمن و همکارانش روی کانکتوم کار می‌کنند که نقشه‌ی مغز و اتصالات آن است و می‌تواند به درک بهتر اختلال در اتصالات عصبی درون مغز کمک کند.

هدف فعلی پروژه‌ی کانکتوم، بازسازی کل مغز موش است، اما استفاده از تکنیک‌های مشابه برای بازسازی حداقل بخش‌هایی از مغز انسان، می‌تواند دانش ما را سریع‌تر پیش ببرد.

بازسازی تیم برپایه‌ی نمونه‌ای از مغز انسان بود که در طول جراحی برای دستیابی به ضایعه‌ای مغزی از مغز بیمار مبتلا به صرع جدا شد. نمونه تثبیت و با فلزات سنگین رنگ‌آمیزی شد، در رزین قرار داده شد و به ۵۰۱۹ قطعه با متوسط ضخامت ۳۳٫۹ نانومتر برش خورد و روی نواری جمع‌آوری شد. پژوهشگران از میکروسکوپ الکترونی برای تصویربرداری از این قطعه‌ی کوچک بافت با جزئیات خیره‌کننده‌ای استفاده و ۱٫۴ پتابایت (۱۴۰۰ ترابایت) داده تولید کردند.

داده‌ها با تکنیک‌ها و الگوریتم‌های پیشرفته تجزیه‌وتحلیل شدند و بازسازی سه‌بعدی از تقریباً تمام سلول‌ها در حجم مورد بررسی تولید شد. این بازسازی که H01 نام دارد، جزئیاتی را درباره مغز انسان آشکار می‌کند که قبلاً کشف نشده بود.

هر نورون هزاران اتصال نسبتاً ضعیف داشت، اما پژوهشگران مجموعه‌ای نادر و قدرتمند از آکسون را پیدا کردند که توسط ۵۰ سیناپس به هم متصل شده بودند و دریافتند که تعداد کمی از آکسون‌ها در قالب کلاف‌های غیرعادی آرایش پیدا کرده‌اند.

ازآنجاکه نمونه از بیمار مبتلا به صرع گرفته شده بود، مشخص نیست که آیا این ساختارها به‌طور طبیعی در مغز وجود دارد یا با بیماری ارتباط دارد. در هر صورت، این کار نشان‌دهنده‌ی کمبود دانش ما از مغز است. مرحله بعدی شامل تلاش برای درک تشکیل هیپوکامپ موش یا منطقه‌ای از مغز می‌شود که در یادگیری و حافظه نقش دارد.

پژوهشگران یافته‌های خود را در مجله ساینس گزارش کرده‌اند و داده‌ها و بازسازی H01 به‌صورت رایگان در وب‌سایتی اختصاصی دردسترس قرار گرفته است.