قام علماء جوجل بتصميم جميع الوصلات الـ 150 مليون لجزء من الدماغ البشري بدقة نانوية
بواسطة كاريسا وونغ & مجلة الطبيعة
الخلايا العصبية في جزء من قشرة الدماغ.
دانيال بيرغر، مختبر ليشتمان، جامعة هارفارد
تمكن الباحثون من رسم خريطة لقطعة صغيرة من الدماغ البشري بتفاصيل مذهلة. أطلس الخلايا الناتج، والذي تم وصفه اليوم في علوم1 وهو متوفر على الانترنتيكشف عن أنماط جديدة من الارتباطات بين خلايا الدماغ التي تسمى الخلايا العصبية، وكذلك الخلايا التي تلتف حول نفسها لتشكل عقدًا، وأزواجًا من الخلايا العصبية التي تكاد تكون صورًا مرآة لبعضها البعض.
تغطي الخريطة ثلاثية الأبعاد حجمًا يبلغ حوالي ملليمتر مكعب واحد، أي جزء من المليون من حجم الدماغ بأكمله، وتحتوي على ما يقرب من 57000 خلية و150 مليون نقطة اشتباك عصبي، وهي الوصلات بين الخلايا العصبية. فهو يشتمل على كمية هائلة من البيانات تصل إلى 1.4 بيتابايت. يقول فيرين جاين، عالم الأعصاب في شركة جوجل في ماونتن فيو، كاليفورنيا، والمؤلف المشارك في الورقة البحثية: “إنه أمر متواضع بعض الشيء”. “كيف يمكننا أن نتصالح مع كل هذا التعقيد؟”
شظايا الدماغ
حول دعم الصحافة العلمية
إذا كنت تستمتع بهذا المقال، فكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.
تم أخذ جزء من الدماغ من امرأة تبلغ من العمر 45 عامًا عندما خضعت لعملية جراحية لعلاج الصرع. لقد جاء من القشرة، وهي جزء من الدماغ يشارك في التعلم وحل المشكلات ومعالجة الإشارات الحسية. تم غمر العينة في مواد حافظة وملطخة بالمعادن الثقيلة لتسهيل رؤية الخلايا. بعد ذلك، قام جيف ليشتمان، عالم الأعصاب بجامعة هارفارد في كامبريدج، ماساتشوستس، وزملاؤه بتقطيع العينة إلى حوالي 5000 شريحة، يبلغ سمك كل منها 34 نانومترًا فقط، ويمكن تصويرها باستخدام المجاهر الإلكترونية.
بعد ذلك، قام فريق جاين ببناء نماذج ذكاء اصطناعي كانت قادرة على ربط الصور المجهرية معًا لإعادة بناء العينة بأكملها بشكل ثلاثي الأبعاد. يقول جاين: “أتذكر هذه اللحظة، عندما ذهبت إلى الخريطة ونظرت إلى مشبك عصبي واحد من دماغ هذه المرأة، ثم قمت بتصغير الصورة إلى ملايين البكسلات الأخرى”. “لقد شعرت بنوع من الروحانية.”
عند فحص النموذج بالتفصيل، اكتشف الباحثون خلايا عصبية غير تقليدية، بما في ذلك بعض الخلايا التي تتكون من 50 اتصالًا مع بعضها البعض. يقول جاين: “بشكل عام، ستجد بضع اتصالات على الأكثر بين خليتين عصبيتين”. وفي مكان آخر، أظهر النموذج خلايا عصبية ذات محلاق تشكل عقدًا حول نفسها. ويضيف جاين: “لم ير أحد شيئًا كهذا من قبل”.
كما وجد الفريق أيضًا أزواجًا من الخلايا العصبية التي كانت عبارة عن صور مرآة شبه مثالية لبعضها البعض. يقول جاين: “لقد وجدنا مجموعتين من شأنها أن ترسل التشعبات في اتجاهين مختلفين، وفي بعض الأحيان كان هناك نوع من التماثل المرآة”. ومن غير الواضح ما هو الدور الذي تلعبه هذه الميزات في الدماغ.
مطلوب مدققين
الخريطة كبيرة جدًا بحيث لم يتم فحص معظمها يدويًا، ومن الممكن أن تحتوي على أخطاء ناتجة عن عملية دمج العديد من الصور معًا. يقول جاين: «لقد تمت «تدقيق» مئات الخلايا، لكن من الواضح أن هذا يمثل نسبة قليلة من الخلايا الموجودة هناك والتي يبلغ عددها 50 ألفًا». ويأمل أن يساعد الآخرون في تدقيق أجزاء الخريطة التي يهتمون بها. ويخطط الفريق لإنتاج خرائط مماثلة لعينات دماغية من أشخاص آخرين، ولكن من غير المرجح أن يتم رسم خريطة للدماغ بأكمله في العقود القليلة المقبلة، كما يقول.
يقول هونجكوي زينج، مدير معهد ألين لعلوم الدماغ في سياتل: “إن هذه الورقة البحثية هي في الحقيقة بمثابة إنجاز مذهل لمجموعة بيانات القشرة البشرية”. وتضيف أن الكمية الهائلة من البيانات التي تم توفيرها مجانًا “ستسمح للمجتمع بالنظر بشكل أعمق في الدوائر الدقيقة في القشرة البشرية”.
إن اكتساب فهم أعمق لكيفية عمل القشرة يمكن أن يقدم أدلة حول كيفية علاج بعض الأمراض النفسية والعصبية. يقول يونجسو كيم، عالم الأعصاب في جامعة ولاية بنسلفانيا في هيرشي: “توفر هذه الخريطة تفاصيل غير مسبوقة يمكن أن تكشف النقاب عن قواعد جديدة للاتصالات العصبية، وتساعد في فك رموز العمل الداخلي للدماغ البشري”.
تم نسخ هذه المقالة بإذن وكان نشرت لأول مرة في 9 مايو 2024.