طورت جوجل بالتعاون مع علماء في جامعة هارفارد خريطة ثلاثية الأبعاد لجزء صغير من دماغ الإنسان، باستخدام 225 مليون صورة وأكثر من مليون جيجابايت من البيانات.

وتُظهر الخريطة المشفرة بالألوان 4000 محور عصبي متصل بخلية عصبية واحدة - وهي الخلية الأساسية في نظامنا العصبي، والمسؤولة عن تلقي المدخلات الحسية.

  • 225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري
    225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري

 

وعلى الرغم من أنها لا تمثل سوى ملليمتر مكعب واحد من أنسجة المخ، إلا أن هذه هي أكبر عينة من أنسجة المخ صُوّرت وأعيد بناوها بهذه التفاصيل الدقيقة.

وتشمل عشرات الآلاف من الخلايا العصبية التي أعيد بناؤها، وملايين شظايا الخلايا العصبية، و130 مليون من نقاط الاشتباك العصبي والتركيبات تحت الخلوية، بما في ذلك المحاور والأهداب والتشعبات والميالين.

  • 225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري
    225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري

 

ولإنشاء الخريطة، أخذ الباحثون في جوجل ومختبر Lichtman بجامعة هارفارد عينة مجهرية من الفص الصدغي لقشرة دماغية بشرية.

وكانت عينة الأنسجة هذه ملطخة ومغلفة بمادة صمغية، قبل تقطيعها إلى 5300 شريحة، يبلغ سمك كل منها حوالي 30 نانومتر.

وقام مجهر إلكتروني يمكنه التكبير إلى حوالي 4 نانومتر، بفحص العينة، ما أدى إلى إنشاء 225 مليون صورة ثنائية الأبعاد "يمكن تجميعها معا لإظهار حجم واحد ثلاثي الأبعاد''، وفقا لـ SyFy.

  • 225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري
    225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري

 

وحتى مع كل هذا الجهد، تفصّل الخريطة فقط مليمتر مكعب واحد من دماغ الإنسان.

وفي يناير 2020، أصدرت جوجل خريطة مشابهة، أو شبكة عصبية، توضح بالتفصيل هياكل ووصلات نصف دماغ ذبابة الفاكهة.

وقالت جوجل في منشور على مدونة في الأول من يونيو: "في حين أن دماغ ذبابة الفاكهة صغير بما يكفي للحصول على خريطة كاملة نسبيا باستخدام تقنيات رسم الخرائط الحديثة، فإن الأفكار المكتسبة، في أحسن الأحوال، مفيدة جزئيا فقط لفهم الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في علم الأعصاب - الدماغ البشري".

وتابع عملاق التكنولوجيا بحثه باستخدام مجموعة البيانات "H01"، وهي عبارة عن 1.4 بيتابايت من دماغ بشري يغطي فقط ملليمترا مكعبا واحدا من نسيج الدماغ.

  • 225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري
    225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري

 

وقامت خوارزميات التعلم الآلي بمسح الشريحة بعناية لتحديد الخلايا والهياكل المختلفة، ولكن نظرا لأن إعادة الإعمار الآلي غير كاملة، قام العلماء يدويا "بتدقيق" حوالي 104 خلية.

وتعد القشرة الدماغية هي الجزء الأكبر من دماغ الثدييات، غالبا ما يُطلق عليها اسم "المادة الرمادية"، مع ما يصل إلى ست طبقات من الخلايا العصبية. إنها مسؤولة عن العديد من الوظائف مثل التفكير والتخطيط والإدراك واللغة والذاكرة والحركة الإرادية.

  • 225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري
    225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري

 

وقُدّمت عينات الأنسجة الخاصة بالمشروع بشكل مجهول من قبل المرضى في مستشفى ماساتشوستس العام، حيث يقوم الجراحون بإزالة أجزاء من القشرة الدماغية الطبيعية أثناء إجراء الجراحة للتخفيف من الصرع.

وتعد الخريطة ثلاثية الأبعاد أول دراسة واسعة النطاق للتوصيل المشبكي في القشرة البشرية التي تمتد على أنواع متعددة من الخلايا عبر جميع طبقات القشرة الست بحسب «rt».

  • 225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري
    225 مليون صورة لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري

 

ويمكن عرض بيانات التصوير ونتائج إعادة البناء والملاحظات عبر الإنترنت على Neuroglancer، وهي واجهة تصور ثلاثية الأبعاد عبر الإنترنت مفتوحة المصدر طُوّرت في الأصل لتصور دماغ ذبابة الفاكهة.

وقالت جوجل إن الأهداف الرئيسية للمشروع كانت إنتاج طريقة جديدة لدراسة الدماغ البشري مع تحسين التكنولوجيا الأساسية المستخدمة في رسم خريطة للجهاز العصبي للكائن الحي.