Tajemství lidského mozku. Vědci zveřejnili neuvěřitelné snímky

Jedním ze způsobů využití umělé inteligence je pomoci výzkumníkům pochopit obrovské množství dat, a to samozřejmě včetně vědy a medicíny.

„Jsme členy týmu výzkumníků Googlu a harvardských neurovědců, kteří se spojili, aby vytvořili bezprecedentní pohled na lidský mozek, který by mohl odborníkům pomoci lépe porozumět neurologickým poruchám a odpovědět na základní otázky, jak mozek funguje,“ uvádějí výzkumníci na svém blogu s tím, že další podrobnosti o jejich bádání Google popisuje na tomto webu.

U příležitosti desetiletí výzkumu expertů Googlu v oblasti konektomiky (konektomika se snaží podrobně zmapovat, jak jsou vzájemně pospojovány neurony v mozkové kůře – pozn. red.) navíc vyšel o příslušné rekonstrukci malého kousku lidského mozku ve spolupráci se skupinou Jeffa Lichtmanem z Harvardovy univerzity v USA článek v časopise Science.

Obor konektomiky si klade za cíl přesně zmapovat, jak jsou jednotlivé buňky propojeny s ostatními. Vytváření podrobných mozkových map mění podle vědců naše chápání toho, jak mozky jako takové fungují.

Badatelé pracovali pochopitelně i se skutečným vzorkem lidského mozku. Kombinací zobrazování mozku se zpracováním a analýzou obrazu na základě umělé inteligence týmy zrekonstruovaly buňky a všechna jejich spojení v malém objemu lidské mozkové tkáně o velikosti poloviny zrnka rýže (cca tři milimetry). A to ani ne v celém tomto miniaturním vzorku.

Vědci z Harvardu zahájili studii shromažďováním tisíců extrémně tenkých řezů z darovaného vzorku mozku. Malý kousek zdravého mozku musel totiž být odebrán při operaci ženě s epilepsií, aby se chirurgové dostali k části, kterou potřebovali operovat. Darovaný vzorek pocházel z části mozkové kůry (šedá hmota) zvané přední temporální (spánkový) lalok.

Tým z Googlu vyvinul pokročilé nástroje umělé inteligence ke konstrukci interaktivního 3D modelu mozkové tkáně. Model dokazuje, jak složitý lidský mozek je – ostatně onen malý vzorek o délce 3 mm zahrnuje pouhou miliontinu celkového objemu lidského mozku, a přesto jeho detailní zpracování vyžaduje více než milion gigabajtů dat.

Vzorek tkáně obsahoval asi 50 tisíc buněk a 150 milionů synapsí – tj. bodů spojení, kde signály přecházejí z jednoho neuronu do druhého. Některé neuronové páry měly překvapivou vlastnost: byly navzájem extrémně silně propojeny prostřednictvím zhruba pěti desítek hlavních synapsí. Výzkumníci nevědí, proč se to děje.

Zajímavým zjištěním při rekonstrukci byla též existence shluků buněk, které měly tendenci se vyskytovat ve vzájemné orientaci zrcadlového obrazu.

„Zrcadlový tanec“ shluků buněk (3D animace v příspěvku ze sítě X)

Rekonstrukce potvrdila, že neurony v mozku jsou skutečně intenzivně propojeny. Kupříkladu jediný neuron na obrázku níže (bílý) má více než 5000 axonů (modrých), které přicházejí z jiných neuronů, aby přinášely signály.

Překvapivým zjištěním tohoto výzkumu byl výskyt „axonových přeslenů“. Axony (modré) jsou vláknitá část nervové buňky, která přenáší signál pryč z buňky. Tyto „smyčkové hromádky“ axonů byly ve vzorku vzácné a v některých případech seděly na povrchu jiné buňky (žluté). Jejich funkce není známa.

Neuron zároveň přijímá signály, které určují, zda sám neuron „vystřelí“ signál, či nikoli. Obrázek níže ukazuje všechny axony, které mu mohou říct, aby vysílal (zelená barva), a všechny ty, které dokážou vyslat povel, aby to nedělal (modrá). Jedná se tak podle autorů výzkumu o „seriózní mozkový networking“.

Tým každopádně věří, že jiní výzkumníci využijí volně přístupná data k dalším novým zjištěním.

Vědci se domnívají, že díky pokračování výzkumu mozkových spojení mohou jednoho dne pochopit, jak se uchovávají naše vzpomínky či co vede k neurologickým poruchám a nemocem, jako je např. autismus nebo Alzheimerova choroba.