שש שכבות של נוירונים מעוררים מקודדים לפי עומק. קרדיט: גוגל מחקר ומעבדת ליכטמן
מאמץ שיתופי בין הרווארד וגוגל הוביל לפריצת דרך במדעי המוח, הפקת מפה תלת-ממדית נרחבת של קטע זעיר של המוח האנושי, חושפת אינטראקציות עצביות מורכבות והנחת היסוד למיפוי מוח שלם של עכבר.
מילימטר מעוקב של רקמת מוח אולי לא נשמע הרבה. אבל בהתחשב בריבוע הקטנטן הזה מכיל 57,000 תאים, 230 מילימטרים של כלי דם ו-150 מיליון סינפסות, כולם בהיקף של 1,400 טרה-בייט של נתונים, חוקרי הרווארד וגוגל השיגו משהו עצום.
צוות של הרווארד בראשות ג'ף ליכטמן, הפרופסור של ג'רמי ר. נואלס לביולוגיה מולקולרית ותאית ודיקן המדע שמונה לאחרונה, יצר יחד עם חוקרי גוגל את השחזור הגדול ביותר ברזולוציה סינפטית, תלת-ממדית של פיסת מוח אנושי עד כה, מראה בפירוט חי כל תא ורשת הקשרים העצביים שלו בפיסת קליפת מוח אנושית בגודל של כמחצית מגודל גרגר אורז.
התקדמות טכנולוגית במדעי המוח
ההישג המרשים, שפורסם בכתב העת מַדָע, הוא האחרון בשיתוף פעולה של כמעט 10 שנים עם מדענים ב-Google Research, המשלבים הדמיה במיקרוסקופ אלקטרונים של ליכטמן עם אלגוריתמים של AI כדי לקוד צבע ולשחזר את החיווט המורכב ביותר של מוחות יונקים. שלושת הכותבים הראשונים של המאמר הם חוקר הפוסט-דוקטורט לשעבר באוניברסיטת הרווארד, אלכסנדר שפסון-קו; מיכל יאנושבסקי מ-Google Research והחוקר הפוסט-דוקטורט של הרווארד דניאל ברגר.
המטרה הסופית של שיתוף הפעולה, הנתמכת על ידי יוזמת ה-National Institutes of Health BRAIN Initiative, היא ליצור מפה ברזולוציה גבוהה של החיווט העצבי של מוח עכבר שלם, שתכלול בערך פי 1,000 מכמות הנתונים שהם הפיקו זה עתה מה-1 קוב- שבר מילימטר של קליפת המוח האנושי.
תובנות ממפת המוח האחרונה
"המילה 'פרגמנט' היא אירונית", אמר ליכטמן. "טרה-בייט הוא, עבור רוב האנשים, עצום, אבל שבר של מוח אנושי – רק חלק קטן, קטנטן-קטן של מוח אנושי – הוא עדיין אלפי טרה-בייט."
המפה העדכנית ביותר במדע מכילה פרטים שטרם נראו על מבנה המוח, כולל סט נדיר אך רב עוצמה של אקסונים המחוברים על ידי עד 50 סינפסות. הצוות גם ציין מוזרויות ברקמה, כמו מספר קטן של אקסונים שיצרו פיתולים נרחבים. מכיוון שהדגימה שלהם נלקחה ממטופל עם אפילפסיה, הם לא בטוחים אם תצורות חריגות כאלה הן פתולוגיות או פשוט נדירות.
תחום הקונטומיקס
התחום של ליכטמן הוא "קוננטומיקס", אשר, בדומה לגנומיקה, מבקשת ליצור קטלוגים מקיפים של מבנה המוח, עד לתאים בודדים וחיווט. מפות שהושלמו כאלה יאירו את הדרך לעבר תובנות חדשות על תפקוד המוח ומחלות, שעליהן המדענים עדיין יודעים מעט מאוד.
אלגוריתמי ה-AI המתקדמים של גוגל מאפשרים שחזור ומיפוי של רקמת מוח בתלת מימד. הצוות גם פיתח חבילה של כלים זמינים לציבור שחוקרים יכולים להשתמש בהם כדי לבחון ולהעיר את החיבור.
כיוונים עתידיים
"בהתחשב בהשקעה העצומה שהושקעה בפרויקט הזה, היה חשוב להציג את התוצאות בצורה שכל אחד אחר יוכל כעת ללכת ולהרוויח מהן", אמרה שותפת הפעולה של Google Research, Viren Jain.
בשלב הבא הצוות יתמודד עם היווצרות ההיפוקמפוס של העכבר, שחשוב למדעי המוח בשל תפקידו בזיכרון ובמחלות נוירולוגיות.
