جمع 225 مليون صورة لإنشاء أكثر الخرائط ثلاثية الأبعاد تفصيلا للدماغ البشري

طورت غوغل بالتعاون مع علماء في جامعة هارفارد خريطة ثلاثية الأبعاد لجزء صغير من دماغ الإنسان، باستخدام 225 مليون صورة وأكثر من مليون غيغابايت من البيانات.
وتُظهر الخريطة المشفرة بالألوان 4000 محور عصبي متصل بخلية عصبية واحدة – وهي الخلية الأساسية في نظامنا العصبي، والمسؤولة عن تلقي المدخلات الحسية.
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.
ولإنشاء الخريطة، أخذ الباحثون في غوغل 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.
وحتى مع كل هذا الجهد، تفصّل الخريطة فقط مليمتر مكعب واحد من دماغ الإنسان.
وفي يناير 2020، أصدرت غوغل خريطة مشابهة، أو شبكة عصبية، توضح بالتفصيل هياكل ووصلات نصف دماغ ذبابة الفاكهة.
وقالت غوغل 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.
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.
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.
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.