Domů     Napěchovaný milimetr: Nejdetailnější mapa lidského mozku
Napěchovaný milimetr: Nejdetailnější mapa lidského mozku
27.8.2024

Mravenčí práce a 10 let výzkumu přivedly vědce z Harvardu a Googlu k průlomovému milníku pro neurovědu – detailní 3D mapě lidského mozku. Pochopitelně ne celého.

reklama

I jeden milimetr krychlový má ale co říct o povaze jedné z nejsložitějších věcí, která ve vesmíru existuje.

I po letech soustavného snažení mají neurovědci stále jen mlhavou představu o tom, jak lidský mozek funguje. Nejsou ale zcela bezradní.

Protože v biologii struktura určuje funkci, může být cestou k lepšímu porozumění tomuto orgánu právě konektomika, obor, zabývající se detailním zmapováním komponent mozku a jejich spojení.

Mikroskopická práce

reklama

Celý projekt započal před 10 lety, kdy profesor molekulární a buněčné biologie na Harvardově univerzitě, Jeff Lichtman, obdržel malý vzorek mozkové kůry.

Během operace lékaři 45leté pacientce trpící těžkou epilepsií odebrali kousek zdravé tkáně o velikosti menší než zrnko rýže, 1 mm3 spánkového laloku, který je důležitý pro paměť, emoce a pocity.

Vzorek byl zakonzervován, zpevněn pryskyřicí a následně skutečně najemno nakrájen, konkrétně na 5 019 tenkých plátků. „Měřily asi 30 nanometrů, což je zhruba tisícina tloušťky lidského vlasu.

Byly prakticky neviditelné, nebýt toho, že jsme je obarvili těžkými kovy, což je zviditelnilo při elektronovém zobrazování,“ uvedl Lichtman.

Po oskenování každého řezu vysokorychlostním elektronovým mikroskopem, který zachytil buněčné detaily v nanoměřítku, přišla řada na experty z Googlu. Ti měli za úkol z 2D snímků vytvořit 3D rekonstrukcí.

Ještě před pár lety by takový počin vyžadoval úmornou a zdlouhavou ruční práci. Tým vedený neurovědcem Virenem Jainem ale vyvinul umělou inteligenci, která pomocí strojového učení tuto práci zautomatizovala.

Kortikální záhyby a bílá hmota v horizontálním řezu hlavy. FOTO: National Library of Medicine / Creative Commons / volné dílo
Kortikální záhyby a bílá hmota v horizontálním řezu hlavy. FOTO: National Library of Medicine / Creative Commons / volné dílo

Na velikosti nezáleží

Výsledná interaktivní 3D mapa je obrazem lidského mozku v nejvyšším rozlišení, jakého kdy vědci dosáhli. Zahrnuje více než 57 000 mozkových buněk, 230 milimetrů krevních cév a 150 milionů synapsí, sloužících k předávání vzruchů.

V celé své milimetrové kráse obsahuje mamutích 1,4 petabajtů, neboli 1 milion gigabajtů dat. Takovou úložnou kapacitu by dalo dohromady tisíc špičkových notebooků nebo více než 1 miliarda e-knih.

Jedná se o tak velký soubor dat, že jej vědci podrobně nestudovali. Místo toho datovou sadu bezplatně sdílejí online spolu s nástroji pro analýzu a korekturu.

Základní schéma synapse. FOTO: Looie496 / Creative Commons / volní dílo
Základní schéma synapse. FOTO: Looie496 / Creative Commons / volní dílo

Super-synapse

O překvapení přitom nebylo nouze. Za normálních okolností se například úponek synapse chytí pouze sousedního neuronu. Analýza však odhalila vzácná multisynaptická spojení mezi neurony v celém vzorku, které se váží až s 50 body.

„Je to podobné, jako kdyby dva domy v bloku měly 50 samostatných telefonních linek, které je spojují,“ uvedl Jain. Důvod, skrývající se za existencí těchto supersilných synapsí, je stále předmětem výzkumu.

Zvážit se musí také souvislost s epilepsií dárkyně, autoři ovšem naznačují i jiné vysvětlení. „Tato spojení by mohla vysvětlit, jak jsou zakódovány velmi rychlé reakce nebo velmi důležité vzpomínky,“ dodal vědec.

reklama
Foto: FOTO: viz popisky. Náhledové FOTO: Erald Mecani / Creative Commons / CC BY-SA 3.0
Související články
Věda a technika
Mladý vynálezce: Philo Farnsworth se postará, aby bylo na co koukat
Děti nevymýšlejí jen lumpárny, jak se může zdát z rodičovských stesků nebo našich vzpomínek na dětství. Některé děti přicházejí s nápady, které se mohou proměnit ve velmi zdařilé vynálezy. A některé jejich nápady jsou tak úspěšné, že změní svět. I když existuje mnoho vynálezců, kteří přispějí k vynálezu televize, Philo Farnsworth (1906–1971) je první, kdo přijde s nápadem na […]
Věda a technika
Nevyzpytatelný uran: Napájí domácnosti a maže města z povrchu zemského
Počasí mu tehdy nepřeje, a tak pokus odloží do šuplíku. Když si na experiment vzpomene, vytáhne snímek a nestačí se divit. Místo lidí na fotografii na něj zírá černota. Slunce do zásuvky nesvítilo, a tak jediným viníkem musí být uran! V periodické tabulce prvků mu náleží písmeno U a vedle něj trůní číslovka 92, která […]
Věda a technika
Proč se na podzim barví listí? Stromy před zimou rozehrávají pestré divadlo
Ještě před pár týdny byly koruny stromů zelené. Pak se dny začnou krátit, noci prodlužovat a listy náhle vzplanou žlutou, oranžovou, červenou i vínovou. Není to jen půvabná podzimní podívaná. V každém listu právě probíhá důmyslná chemická úklidová akce, při které strom rozebírá své „sluneční elektrárny“, zachraňuje cenné živiny a připravuje se na zimu. Na […]
Věda a technika
Zvuk, neviditelný cestovatel, který umí sprintovat i šeptat
Zvuk je všude kolem nás, přesto ho nevidíme. Umí se odrážet, ohýbat, zrychlovat i zpomalovat, a zatímco vzduchem se žene rychlostí asi 343 metrů za sekundu, ve vodě je z něj hotový sprinter. Pojďme se podívat, co všechno tenhle neviditelný posel dokáže. Ve vodě má zvuk pořádný náskok. Zatímco vzduchem při pokojové teplotě putuje přibližně […]
reklama
casopis
zajímavosti
Sešívačka aneb luxusní hračka, jejíž existence začala jedinou sponkou
Dnes zmáčkneme sešívačku a papíry poslušně drží pohromadě. Vypadá to jako banalita, bez které si kancelářský život sotva umíme představit. Jenže první předchůdci dnešní sešívačky mají k obyčejné plastové pomůcce z psacího stolu pořádně daleko. Nejstarší sešívačky jsou těžké, drahé, poněkud majestátní, a některé dokážou zatlouct do papíru jen jednu jedinou sponku. Pak je třeba […]
Útočiště na skále: Jak Garibaldiho slib zachránil San Marino
V červenci roku 1849 se odehrálo něco zdánlivě epizodního, co ale zanechalo trvalý otisk na mapě Evropy. Italský revolucionář Giuseppe Garibaldi stanul před branami republiky San Marino. Nebyl zde však v pozici dobyvatele, ale prosebníka. V patách mu byla papežská a rakouská vojska. Prosil o azyl. Byl mu poskytnutý a Garibaldi nezapomněl.   Útěk Garibaldiho […]
Tajemství otce Sherlocka Holmese: Pět věcí, které (možná) nevíte o Arthuru Conanovi Doyleovi
Jeho celé jméno zní Arthur Ignatius Conan Doyle a svět ho dnes zná hlavně díky jeho geniálním detektivním příběhům o Sherlocku Holmesovi. EpochaPlus.cz si posvítila na perličky, které nám ve škole obvykle neřeknou… Občas se ještě dozvíme, že byl slavný spisovatel původním povoláním lékař. Tyto znalosti ostatně občas zužitkuje i pro své psaní. Už se […]
Nesmrtelná sójová omáčka: Stačí přidat trochu plísně!
Usedají ke stolu a sliny se jim sbíhají, až ochutnají vychvalované čínské nudle. Obsluha se k nim bezděky přitočí a při té příležitosti přihraje na stůl drobnou láhev. Jeden z hostů se ušklíbne a odtuší, že to je ona pověstná omáčka, která se vyrábí z brouků. Jde kombinovat s nudlemi, rýží nebo sushi. Najdou se dokonce odvážlivci, kteří sójovou […]
zajímavosti
Když moře zrudlo krví: Útoky velkého bílého žraloka u ostrova Korfu
Dnes je to bezstarostný turistický ráj. Historie řeckého ostrova Korfu však v sobě ukrývá mapu, kterou jistě nenajdete v žádném turistickém průvodci. Červené kroužky na ní označují místa, kde došlo k ověřeným útokům velkého bílého žraloka na člověka. První útok žraloka v moderní době se na Korfu odehrál v roce 1847, a to nedaleko přístavu hlavního […]
Kancelářská sponka: Malý zázrak z drátu, který nikdo pořádně nevynalezl
Je malá, levná a většinu času tak nenápadná, že ji objevíme až ve chvíli, kdy potřebujeme spojit tři papíry a sešívačka je zrovna na druhém konci kanceláře. Kancelářská sponka přitom skrývá překvapivě zamotaný příběh. O její prvenství se hlásí několik vynálezců, nejznámější z nich dokonce Nor Johan Vaaler. Jenže právě tady začíná detektivka. Vaaler sice […]
Tajemné Tunisko: Hvězdné války i lodní hřbitovy
Tunisko není jen relaxace na pláži. Krajina této severoafrické země v sobě skrývá řadu zajímavých překvapení. Co může nabídnout? Na poušti památky Hvězdných válek a pod hladinou tajemné vraky lodí. Dá se zaměnit filmařská kulisa s památkami na válečné peklo? Mohou vraky lodí v pobřežních vodách stále skrývat neobjevené poklady? Odpovědi čekají na souši i pod […]
Čím nás překvapí korálové útesy? Trnovou korunou i jedovatým slizem
Jen na Velkém bariérovém útesu žije na 1500 druhů ryb, desítky druhů mořských hadů, plžů, mlžů a dalších živočichů. Místa, která se dostanou nad vodu, poskytují útočiště ptákům. Dohromady tvoří složitý ekosystém, kterému by mohly konkurovat jen deštné pralesy. Tvrdý krunýř a klepeta, která slouží k ochraně i lovu. To jsou koráloví krabi. Živí se […]
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz