گوگل بزرگ‌ترین نقشه باکیفیت از ارتباطات مغز را منتشر کرد

دانشمندان گوگل و پردیس پژوهشی جانلیا در ویرجینیا، نقشه‌ای بزرگ با وضوح بالا از ارتباطات مغزی مگس میوه تهیه کردند. این نقشه بزرگ‌ترین و باکیفیت‌ترین نقشه‌ای است که تاکنون از ارتباطات مغزی هرنوع جانوری تهیه شده است. این پژوهشگران مدل سه‌بعدی را ارائه کرده‌اند که ۲۰ میلیون سیناپس را نشان می‌دهد که حدود ۲۵ هزار نورون را در مغز یک مگس میوه به هم متصل می‌کند. این مدل، نقطه‌ی عطفی در زمینه‌ی کانکتومیس است که از تکنیک‌های تصویربرداری دقیق برای نقشه‌برداری مسیرهای فیزیکی مغز استفاده می‌کند.

نقشه‌ی مذکور که کانکتوم (connectome) نامیده می‌شود، تقریبا یک‌سوم از کل مغز مگس میوه را پوشش می‌دهد. تا به امروز، تنها نقشه‌ی مغز یک موجود دیگر یعنی کرم حلقوی الگانس به این شیوه نقشه‌یابی شده است.

مقاله‌های مرتبط:

دیدگاه دانشمندان نسبت‌به کانکتومیس متفاوت است. مدافعان آن استدلال می‌کنند که این رویکرد به یافتن ارتباط میان بخش‌های فیزیکی مغز و رفتارهای خاص کمک می‌کند؛ چیزی که یکی از اهداف کلیدی علوم اعصاب است؛ اما منتقدین معتقدند که هنوز پیشرفت چندانی حاصل نشده و بهتر است به‌جای صرف منابع در این مسیر پرزحمت، روی حوزه‌های دیگر علم سرمایه‌گذاری کرد. مارک هامفریز، دانشمند علوم اعصاب دانشگاه ناتینگهام گفت:

تردیدی نیست که این بازسازی یک شاهکار فنی است. اما این نتایج در درجه‌ی اول، منبعی برای دیگر دانشمندان است که می‌توانند از آن استفاده کنند. این نقشه به‌خودی‌خود پاسخی برای سوال‌های علمی مهیا نمی‌کند اما ممکن است اسرار جالبی را آشکار کند.

نقشه سه‌بعدی تولیدشده از ارتباطات مغزی مگس میوه دستاوردی فنی است که محصول مشترک روش‌های خودکار و تلاش انسانی است. اولین مرحله برای ایجاد نقشه، برش بخش‌هایی از مغز مگس میوه به‌اندازه‌ی قطعاتی با ضخامت ۲۰ میکرون بود (تقریبا یک‌سوم ضخامت یک تار موی انسان). مگس‌های میوه هدف مناسبی برای آزمایش‌های حوزه‌ی کانکتومیس هستند، زیرا مغز نسبتا ساده‌ و کوچکی داشته اما رفتارهای پیچیده‌ای مانند رقص جفت‌گزینی را از خود نشان می‌دهند. در ادامه، این برش‌های مغز با بمباران حاصل از جریان‌ الکترون میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد تصویربرداری قرار می‌گیرند. داده‌های حاصل شامل ۵۰ تریلیون پیکسل سه‌بعدی یا وکسل است که با استفاده از الگوریتمی که مسیرها را از هر سلول ردیابی می‌کند، پردازش می‌شوند.

با اینکه قدرت الگوریتمی گوگل قابل‌توجه است، برای بررسی کار نرم‌افزار نیاز به نظارت انسانی قابل‌توجهی بود. این شرکت می‌گوید که صرف دو سال زمان به‌همراه صدها هزار ساعت کار آزمایشگاهی نیاز بود تا دانشمندان جانلیا نقشه‌ی سه‌بعدی را بازخوانی کرده و مسیر هرکدام از ۲۰ میلیون سیناپس شیمیایی را با استفاده از هدست‌های واقعیت مجازی و نرم‌افزارهای ویرایش سه‌بعدی تایید کنند. حتی در این صورت هم، نقشه‌ی حاصل تنها شامل بخشی از مغز مگس میوه می‌شود.

نقشه مغز مگس میوه

نقشه جدید که کانکتوم نام دارد، شامل حدود ۲۵ هزار نورون در مغز مگس میوه است که بخشی از آن در این تصویر نشان داده شده

درمجموع، مغز یک مگس میوه حاوی ۱۰۰ هزار نورون است، در‌حالی‌که مغز انسان تقریبا ۸۶ میلیارد نورون دارد. این موضوع نشان می‌دهد که ما تا چه اندازه با تهیه‌ی کانکتوم کامل مسیرهای عصبی گونه‌ی خود فاصله داریم. جوشوا ووگلستین، مهندس پزشکی و هم‌بنیان‌گذار پروژه‌ی Open Connectome گفت که این کار برای دانشمندان مفید است و در دهه‌ی آینده، داده‌های ارائه‌شده به‌وسیله‌ی چنین پروژه‌هایی درنهایت به بار می‌نشیند. وی گفت:

من معتقدم که مردم بی‌صبرانه منتظر دستاوردهای حاصل از کانکتومی‌ها بودند. فاصله‌ی زمانی بین پایه‌گذاری یک فناوری و کاربرد علمی آن حدود ۱۵ سال است. اکنون، همان ۱۵ سال بعد است و ما می‌توانیم از آن در کارهای علمی خود استفاده کنیم.

گوگل و تیم FlyEM داده‌هایی را که جمع‌آوری کرده‌اند، در دسترس عموم قرار داده‌اند. این گروه همچنین مقاله‌ای را آماده کرده‌اند که روش آن‌ها را توضیح می‌دهد و قرار است در هفته‌های آینده مقالات بیشتری از کار خود منتشر کنند.