ได้สร้างแบบจำลอง 3 มิติของชิ้นส่วนสมองมนุษย์ที่ใหญ่ที่สุดแล้ว

เนื้อสมอง 1 ลูกบาศก์มิลลิเมตรอาจดูไม่มาก แต่เมื่อคุณลองนึกดูว่าเนื้อสมองสี่เหลี่ยมเล็กๆ นี้ประกอบด้วยเซลล์ 57,000 เซลล์ หลอดเลือด 230 มิลลิเมตร และไซแนปส์ 150 ล้านไซแนปส์ รวมเป็นข้อมูล 1,400 เทราไบต์ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและ Google ก็ประสบความสำเร็จอย่างมาก

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดซึ่งนำโดย Jeff Lichtman ศาสตราจารย์ Jeremy R. Knowles ด้านชีววิทยาโมเลกุลและเซลล์ และคณบดีคณะวิทยาศาสตร์คนใหม่ และนักวิจัยจาก Google ได้สร้างโครงสร้างสมองมนุษย์แบบ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบันในระดับซินแนปส์ โดยแสดงรายละเอียดเซลล์ทุกเซลล์และเครือข่ายการเชื่อมต่อของระบบประสาทในส่วนหนึ่งของคอร์เทกซ์ขมับของมนุษย์ซึ่งมีขนาดประมาณครึ่งเมล็ดข้าวด้วยความคมชัด

ความสำเร็จดังกล่าวซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Scienceถือเป็นผลงานล่าสุดจากความร่วมมือเกือบ 10 ปีกับนักวิทยาศาสตร์จาก Google Research ที่ผสมผสานกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน Lichtman เข้ากับอัลกอริทึม AI เพื่อกำหนดรหัสสีและสร้างการเชื่อมต่อประสาทที่ซับซ้อนสูงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขึ้นมาใหม่ ผู้เขียนร่วมคนแรก 3 คนของงานวิจัยนี้ ได้แก่ อดีตนักวิจัยหลังปริญญาเอกของฮาร์วาร์ด Alexander Shapson-Ko, Michal Januszewski จาก Google Research และ Daniel Berger นักวิจัยหลังปริญญาเอกของฮาร์วาร์ด

เป้าหมายสูงสุดของความร่วมมือ ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากโครงการ BRAIN Initiative ของสถาบันสุขภาพแห่งชาติ คือการสร้างแผนที่ความละเอียดสูงของการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาททั่วทั้งสมองหนู ซึ่งจะต้องใช้ข้อมูลมากกว่าที่ได้รับจากคอร์เทกซ์ของมนุษย์ขนาด 1 ลูกบาศก์มิลลิเมตรประมาณ 1,000 เท่า

คำว่า "เศษส่วน" เป็นคำที่ฟังดูแปลกๆ มาก หนึ่งเทราไบต์ถือเป็นปริมาณมหาศาลสำหรับคนส่วนใหญ่ แต่เศษส่วนของสมองมนุษย์ ซึ่งเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสมองมนุษย์ ก็ยังมีน้ำหนักเป็นพันเทราไบต์อยู่ดี

Jeff Lichtman ศาสตราจารย์ Jeremy R. Knowles ด้านชีววิทยาโมเลกุลและเซลล์

แผนที่ล่าสุดใน Science มีรายละเอียดโครงสร้างของสมองที่ไม่เคยเห็นมาก่อน รวมถึงเครือข่ายแอกซอนที่เบาบางแต่ทรงพลังซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยไซแนปส์มากถึง 50 ไซแนปส์ ทีมวิจัยยังสังเกตเห็นลักษณะเฉพาะบางอย่างในเนื้อเยื่อ เช่น แอกซอนจำนวนน้อยที่ก่อตัวเป็นเกลียวขนาดใหญ่ เนื่องจากตัวอย่างแอกซอนเหล่านี้เก็บมาจากผู้ป่วยโรคลมบ้าหมู พวกเขาจึงไม่แน่ใจว่าการก่อตัวที่ผิดปกติดังกล่าวเป็นโรคหรือเกิดขึ้นได้น้อย

สาขาการวิจัยของ Lichtman คือ "connectomics" ซึ่งเช่นเดียวกับจีโนมิกส์ มุ่งหวังที่จะสร้างแคตตาล็อกที่สมบูรณ์ของโครงสร้างสมองลงไปถึงเซลล์แต่ละเซลล์และการเชื่อมต่อ แผนที่ที่สมบูรณ์ดังกล่าวจะช่วยไขข้อข้องใจเกี่ยวกับเส้นทางสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับการทำงานของสมองและโรคต่างๆ ที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงรู้เพียงเล็กน้อย

อัลกอริทึม AI ล้ำสมัยของ Google สามารถสร้างและทำแผนที่เนื้อเยื่อสมองในสามมิติได้ นอกจากนี้ ทีมงานยังได้พัฒนาชุดเครื่องมือที่เผยแพร่สู่สาธารณะซึ่งนักวิจัยสามารถใช้เพื่อสำรวจและอธิบายคอนเนกโทมได้

Viren Jain ซึ่งเป็นนักวิจัยของ Google กล่าวว่า "เมื่อพิจารณาถึงการลงทุนมหาศาลที่ใช้ไปกับโครงการนี้ จึงมีความสำคัญมากที่จะต้องนำเสนอผลลัพธ์ในรูปแบบที่คนอื่นๆ สามารถได้รับประโยชน์จากผลลัพธ์นั้นๆ ได้"

จากนั้น ทีมงานจะมุ่งเป้าไปที่บริเวณฮิปโปแคมปัสของหนู ซึ่งมีความสำคัญต่อประสาทวิทยา เนื่องจากมีบทบาทในความจำและโรคทางระบบประสาท