Реконструирован фрагмент коры головного мозга человека

Статья, опубликованная в журнале "Science" исследователями из Гарвардского университета, представляет собой выдающееся исследование, целью которого является детальное понимание структуры человеческого мозга на наномасштабном уровне. Исследователи выполнили электронно-микроскопическую реконструкцию кубического миллиметра височной коры головного мозга человека, которая была хирургически удалена для получения доступа к эпилептическому очагу у пациента​.

Реконструкция такого небольшого объема ткани, хотя и звучит скромно, но это огромное достижение благодаря своей невероятной детализации. Исследователи собрали и проанализировали данные объемом 1,4 петабайт, что позволило им создать детальную карту мозговой ткани. Этот проект включал классификацию и количественный анализ около 57 тысяч клеток, 230 миллиметров кровеносных сосудов и 150 миллионов синапсов. Данные включают в себя как нейрональные, так и глиальные клетки, последние из которых, как оказалось, преобладают в соотношении 2:1​​.

Олигодендроциты, которые являются типом глиальных клеток, оказались наиболее распространенными в исследуемой ткани. Эти клетки играют ключевую роль в поддержке и изоляции нейронов, что критически важно для эффективного функционирования нервной системы. Реконструкция также позволила исследователям классифицировать возбудительные нейроны глубоких слоев на основе ориентации их дендритов, что открывает новые возможности для понимания организации и функционирования нейронных сетей​.

Один из наиболее интересных выводов исследования заключается в обнаружении редких, но мощных аксональных входов, каждый из которых содержит до 50 синапсов. Эти мощные соединения могут играть значительную роль в обработке информации и пластичности мозга. Дальнейшие исследования этих уникальных структур могут привести к важным открытиям в области нейробиологии и понимания механизмов обучения и памяти​​.

Кроме того, исследование продемонстрировало, что, несмотря на огромное количество слабых синаптических связей, именно эти редкие мощные входы могут существенно влиять на активность нейронов. Этот аспект структуры мозга ранее был мало изучен, и его открытие открывает новые перспективы для исследований мозговых сетей и их функциональной организации​.

The shared H01 dataset. A range of histological features in 1 mm3 of human brain were rendered, including neuropil (A) and its segmentation (B) at nanometer resolution, annotated synapses (C), excitatory neurons (D), inhibitory neurons (E), astrocytes (F), oligodendrocytes (G), myelin (H), and blood vessels (I). A previously unrecognized neuronal class (J) and multisynaptic connections (K) were also identified.

Помимо научных открытий, команда разработала инструменты для анализа полученных данных и сделала их доступными для широкой научной общественности. Это означает, что исследователи по всему миру теперь могут использовать эти данные для своих собственных исследований, что, в свою очередь, ускорит прогресс в области нейронаук. Доступность таких данных и инструментов способствует более глубокому пониманию структурной организации мозга и его функций, что может привести к новым методам лечения неврологических и психиатрических расстройств​.

Это исследование финансировалось различными организациями, включая Национальный институт психического здоровья, Стэнли Центр при Институте Броуда и Инициативу BRAIN Национальных институтов здравоохранения.

Источник - www.science.org/doi/10...