Cervello

Gli scienziati di Google e Harvard creano una mappa 3D del cervello umano utilizzando 225 milioni di immagini

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Dimostrando quanto straordinario sia un organo il cervello umano, un team di scienziati con Google e l'Università di Harvard ha appena creato un'incredibile mappa codificata a colori di quasi 4.000 assoni in arrivo che si collegano a un singolo neurone.

Questo stupendo mappa 3D sfogliabile che rappresenta solo un milionesimo della corteccia cerebrale è stato composto utilizzando 225 milioni di immagini separate e un super computer che elabora 1,4 petabyte di dati. Gli obiettivi principali di questo progetto erano produrre una nuova risorsa per lo studio del cervello umano e migliorare e scalare le tecnologie di connettomica sottostanti.

Mappare l'ammasso contorto di neuroni, sinapsi e cellule neurologiche è un compito formidabile nella migliore delle ipotesi, ma questi diligenti ingegneri hanno ottenuto risultati ammirevoli con questo ambizioso progetto sulla materia grigia per creare una sorta di diagramma di cablaggio del cervello umano ('connettoma') basato sui suoi 86 miliardi di neuroni collegati tramite 100 trilioni di sinapsi.



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Credito: Google/Laboratorio Lichtman

Nel gennaio 2020, Google ha rilasciato il connettoma dell'emisfero della mosca, un database online che fornisce la struttura morfologica e la connettività sinaptica di circa la metà del cervello di un moscerino della frutta. Questo database dettagliato e i suoi strumenti di visualizzazione hanno completamente alterato il modo in cui i circuiti neurali e i percorsi sono compresi nel cervello delle mosche.

Ora in un enorme avanzamento, Google e il Lichtman Lab dell'Università di Harvard ha presentato un modello sbalorditivo di una microsezione del cervello umano, iniziata con un campione microscopico ottenuto dal lobo temporale di una corteccia cerebrale umana. Questa fetta è stata macchiata per una maggiore chiarezza visiva, quindi rivestita di resina per proteggerla e conservarla.

Il campione chirurgico è stato poi tagliato a dadini in circa 5.300 fette ciascuna di circa 30 nanometri (nm) di spessore. Un microscopio elettronico a scansione è stato impiegato accanto all'immagine del campione, con una risoluzione massima fino a 4 nm. Tutto ciò ha portato alla creazione di 225 milioni di immagini bidimensionali che potrebbero essere unite per manifestare un singolo volume 3D.

Gli algoritmi di apprendimento automatico hanno scansionato con attenzione la fetta per identificare le diverse cellule e le loro strutture sottostanti. Dopo alcuni passaggi di vari sistemi automatizzati, gli occhi umani hanno fornito un passaggio di modifica visiva per alcune cellule per determinare se gli algoritmi le stavano identificando correttamente o meno.

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Credito: Google/Laboratorio Lichtman

Google ha chiamato questo risultato il Set di dati H01 , ed è considerata forse la mappa più completa del cervello umano esistente. Contenendo 50.000 cellule e 130 milioni di sinapsi, oltre a segmenti cellulari più piccoli come assoni, dendriti, mielina e ciglia, questo sorprendente rendering è nato solo utilizzando oltre un milione di gigabyte di dati.

Ma l'elemento folle di questo progresso è che Google etichetta questo campione in miniatura come solo un milionesimo del volume dell'intero cervello umano.

Mentre il team del Lichtman Lab ridimensiona ulteriormente questa gigantesca mappa del cervello in futuro, l'intero set di dati H01 è disponibile online per consentire a ricercatori e studiosi di indagare, con un documento prestampato che mostra il lavoro disponibile su bioRxiv .



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