Ilyen közelről még sosem láttuk az emberi agyat

A Harvard Egyetem kutatói a Google segítségével elkészítették a valaha volt legnagyobb felbontású háromdimenziós térképet egy emberi agy szerkezetéről. A térkép ugyan csak az agy egy köbmilliméteres darabját dolgozza fel, mégis a leírás során 1,4 petabájtnyi (1434 terabájtnyi) nyers adat keletkezett.

Valószínűleg ez az agykutatás legszámításigényesebb feladata. Egy herkulesi meló

– vélekedett független szakmabeliként Michael Hawrylycz, az Allen Agykutató Intézet munkatársa.

A létező agyatlaszok alacsonyabb felbontásúak, azonban ezen nanoléptékig lekövethető egy idegsejt kapcsolódási helye a másikkal.

Ha tényleg meg akarjuk érteni, hogyan működik az agy, hogy dolgozza fel az információkat, hogyan tárol emlékeket, végső soron ilyen felbontású térképre lesz szükségünk

– mutatott rá Viren Jain, a Google szenior kutatója.

Az emberi agynak többféle anatómiai térképe létezik. Van olyan, ami az idegsejtek elrendeződését ábrázolja, és olyan is, ami a génkifejeződéseket. Ez, ahogy a fentiekből is kiderült, az idegek kapcsolódásait írja le. A feltérképezett egy köbmilliméteres szövetdarab 57 ezer sejtet és 230 milliméternyi hajszáleret tartalmazott, továbbá közel 183 millió idegi kapcsolódási pontot vagyis szinapszist. 

A teljes agy egymilliószor nagyobb ennél. Az agykéreg körülbelül 16 milliárd idegsejtet tartalmaz, amelyek között sok ezermilliárd kapcsolat lehet. A szövet beszerzése viszont nem volt egyszerű, elhunyt donor nem jöhetett számításba, mert ez a szövet nagyon gyorsan elkezd lebomlani. Ehelyett egy epilepszia miatt kés alá fekvő 45 esztendős 

Ezt az apró mintát epoxigyantával preparálták, majd gyémántpengével 5019 darab 30 nanométer vastagságú szeletre vágták, és egy kifejezetten erre a célra fejlesztett, nagy sebességű elektronmikroszkóppal lefotózták. A szeleteket ezután egy gépi tanulórendszer illesztette és rakta össze, majd színkódolta az egyes idegszálakat. A munka java még hátravolt, amikor a kutatásról szóló első beszámolók tudományos szenzációt arattak 2021-ben.

Ott van ez a csomó kábel, ami jön és megy mindenfelé, és mindenféle kapcsolatokat alkot

– magyarázta Jain, hozzátéve, hogy a helyzet kibogozása nehezebb, mint gondolnánk.

Ha egyet elhibázol, az összes kapcsolódás azon a kábelen téves lesz.

A kutatás rögtön talált tudományos meglepetéseket: az idegek jeleket szállító nyúlványai néhol bepöndörödve, körbeforduló szerkezetet hoztak létre. Az axonok, amik hasonló nyúlványok és egyetlen szinapszisban végződnek, néhol többszörös kapcsolódásban vettek részt, akár ötven szinapszissal.

Nagyon sok olyan dolgot lehet benne találni, amiről nem szólnak a tankönyvek

– emelte ki Jeff Lichtman, a Harvard agykutatója.

Az agykutató szakma szerint ezzel a 3D-s térképpel minden eddiginél közelebb kerültünk az agy belső szerkezetének megismeréséhez.

Pár évtizede a Ceanorhabditis elegans gyűrűsféreg 302 idegsejtből álló idegrendszere volt az első teljes agytérkép, ezt követte a gyümölcslégy agyának kapcsolási ábrája. MouseLight és MICrONS néven jelenleg is futnak kutatási programok, amelyek az egér agyának kisebb részeit térképezik fel. Az emberi agy persze teljesen más világ. A 3D-s térkép feltárt struktúrái a Neuroglancer nevű webes alkalmazás segítségével tekinthetők meg a kutatás honlapjáról.

(Earth.com, MIT Technology Review, Singularity Hub)