تم إنشاء أكبر عملية إعادة بناء ثلاثية الأبعاد لجزء من الدماغ البشري

قد لا يبدو مليمتر مكعب واحد من أنسجة المخ كبيراً. ولكن عندما ندرك أن هذا المربع الصغير يحتوي على 57,000 خلية، و230 مليمتراً من الأوعية الدموية، و150 مليون مشبك عصبي، أي ما مجموعه 1,400 تيرابايت من البيانات، نجد أن باحثي هارفارد وجوجل قد أحرزوا تقدماً هائلاً.

قام فريق من جامعة هارفارد بقيادة جيف ليشتمان، أستاذ علم الأحياء الجزيئي والخلوي وعميد كلية العلوم المعين حديثًا، وباحثين من جوجل بإنشاء أكبر عملية إعادة بناء ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري حتى الآن على المستوى المشبكي، والتي تظهر بتفاصيل حية كل خلية وشبكتها من الاتصالات العصبية في جزء من القشرة الصدغية البشرية بحجم نصف حبة أرز تقريبًا.

هذا الإنجاز، الذي نُشر في مجلة ساينس ، هو الأحدث في تعاونٍ استمر قرابة عقدٍ من الزمن مع علماء في جوجل للأبحاث، يجمع بين مجهر ليشتمان الإلكتروني وخوارزميات الذكاء الاصطناعي لترميز وإعادة بناء الوصلات العصبية المعقدة للغاية للثدييات بالألوان. المؤلفون الثلاثة الأوائل المشاركون في هذه الورقة البحثية هم باحث ما بعد الدكتوراه السابق في جامعة هارفارد، ألكسندر شابسون-كو، وميشال يانوشوسكي من جوجل للأبحاث، وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، دانيال بيرغر.

الهدف النهائي من هذا التعاون، الذي تدعمه مبادرة BRAIN التابعة للمعاهد الوطنية للصحة، هو إنشاء خريطة عالية الدقة للاتصالات العصبية عبر دماغ الفأر بأكمله، وهو ما يتطلب بيانات أكثر بنحو 1000 مرة من تلك التي حصلوا عليها للتو من مليمتر مكعب واحد من قشرة الدماغ البشرية.

كلمة "شظية" ساخرة. فالتيرابايت كمية هائلة بالنسبة لمعظم الناس، لكن شظية من دماغ بشري - مجرد جزء صغير جدًا منه - لا تزال آلاف التيرابايت.

جيف ليشتمان، أستاذ جيريمي ر. نولز لعلم الأحياء الجزيئي والخلوي

تحتوي أحدث خريطة نُشرت في مجلة ساينس على تفاصيل عن بنية الدماغ لم تُرصد من قبل، بما في ذلك شبكة من المحاور العصبية، وإن كانت متفرقة، قوية، متصلة بما يصل إلى 50 مشبكًا عصبيًا. كما لاحظ الفريق بعض الخصائص الغريبة في النسيج، مثل وجود عدد قليل من المحاور العصبية التي تُشكل لوالب ممتدة. ولأن العينة أُخذت من مريض مصاب بالصرع، فهم غير متأكدين مما إذا كانت هذه التكوينات غير العادية مرضية أم نادرة.

مجال بحث ليختمان هو "علم التوصيلات العصبية"، والذي يسعى، كما هو الحال مع علم الجينوم، إلى إنشاء كتالوجات شاملة لبنية الدماغ، وصولاً إلى الخلايا الفردية والوصلات العصبية. ستُنير هذه الخرائط الشاملة الطريق نحو فهم جديد لوظائف الدماغ وأمراضه التي لا يزال العلماء يجهلونها قليلاً.

تستطيع خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتطورة من جوجل إعادة بناء أنسجة الدماغ ورسم خرائطها ثلاثية الأبعاد. كما طوّر الفريق مجموعة من الأدوات المتاحة للعامة، والتي يمكن للباحثين استخدامها لاستكشاف الشبكة العصبية وشرحها.

وقال فيرين جين، أحد باحثي جوجل: "نظرًا للاستثمار الضخم الذي تم استثماره في هذا المشروع، كان من المهم تقديم النتائج بطريقة يمكن لشخص آخر الاستفادة منها الآن".

وبعد ذلك، سيستهدف الفريق منطقة من الحُصين لدى الفئران والتي تعتبر مهمة لعلم الأعصاب بسبب دورها في الذاكرة والأمراض العصبية.