جزئی‌ترین تصویر از مغز انسان که تابه‌حال دیده‌اید

دانشمندان با استفاده از ۱.۴ پتابایت داده تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی، توانستند بخش کوچک مکعبی مغز انسان را بازسازی کنند. در هر یک میلی‌متر از این فضای میکروسکوپی ۵۷۰۰۰ سلول، ۱۵۰ میلیون سیناپس و ۲۳۰ میلی متر ورید بسیار ظریف قرار دارند.

این پژوهش کار یک دهه تحقیق بوده است و بزرگترین و دقیق‌ترین بازتولید مغز انسان است که به وضوح سیناپس‌ها می‌رسد، ساختار‌هایی که به نورون‌ها اجازه می‌دهند، سیگنال‌ها را بین آن‌ها منتقل کنند.

تصویری که یاخته‌های هرمی را نشان می‌دهد که براساس اندازه رنگی شده‌اند

مغز انسان بسیار پیچیده است. در سراسر قلمرو حیوانات، عملکرد‌های بسیاری از اندام‌های حیاتی کم و بیش یکسان است، اما مغز انسان در یک گروه خاص قرار دارد. همچنین مطالعه آن بسیار دشوار است. حتی در چنین مقیاس‌های کوچکی اتفاقات زیادی در مغز رخ می‌دهد.

هر مغز انسان حاوی میلیارد‌ها نورون است که سیگنال‌هایی را از طریق تریلیون‌ها سیناپس، مرکز فرمانی که بدن انسان از آن اداره می‌شود، به بدن ارسال می‌کند.

یک نورون منفرد (سفید) و تمام آکسون‌های نورون‌های دیگر که به آن متصل می‌شوند

درک عمیق‌تر از نحوه عملکرد این اندام بسیار پیچیده، مزایای عمیقی را برای مطالعات ما در مورد عملکرد و اختلالات مغز، از آسیب تا بیماری روانی تا زوال عقل، به همراه خواهد داشت. برای این منظور، لیختمن و همکارانش روی «کانکتوم» کار می‌کنند؛ نقشه‌ای از مغز و تمام سیم‌کشی‌های آن که می‌تواند به درک بهتر مغز کمک کند.

توزیع سلول‌ها، رگ‌های خونی و میلین در نمونه

پژوهش این تیم بر اساس نمونه‌ای از مغز انسان بود که از بیماری صرع رنج می‌برده است و در حین جراحی برای دسترسی به ضایعه زمینه‌ای بود.

چگالی حجمی سیناپس‌های تحریکی، چگالی حجمی سیناپس‌های بازدارنده، درصد سیناپس‌های تحریکی در لایه‌های مختلف (کمترین مقادیر ارغوانی و بیشترین مقدار زرد است). نورون هرمی، با سیناپس‌های تحریک کننده (نارنجی) و بازدارنده (آبی) نشان داده شده است

این داده‌ها با تکنیک‌ها و الگوریتم‌های توسعه‌یافته مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و به گفته محققان، «بازسازی سه‌بعدی تقریباً هر سلول و فرآیند در حجم تراز شده» را ممکن کردند.

این بازسازی که «H۰۱» نام دارد، برخی از جزئیات ظریف را در مورد مغز انسان آشکار کرده است. تیم از توجه به اینکه گلیا یا سلول‌های غیر عصبی در نمونه از تعداد نورون‌ها ۲:۱ برابر بیشتر بود، متعجب شد. شایع‌ترین نوع سلول الیگودندروسیت‌ها بودند، سلول‌هایی که به پوشاندن آکسون‌ها در میلین محافظ کمک می‌کنند.

هر نورون هزاران اتصال نسبتا ضعیف داشت، اما محققان مجموعه‌های نادر و قدرتمندی از آکسون‌ها را یافتند که توسط ۵۰ سیناپس به هم متصل شده‌اند و آن‌ها دریافتند که تعداد کمی از آکسون‌ها در حلقه‌های غیر معمول و گسترده قرار گرفته‌اند.

یکی از حلقه‌های آکسونی مرموز

از آنجایی که نمونه از یک بیمار مبتلا به صرع گرفته شده است، مشخص نیست که آیا این ویژگی‌های طبیعی، اما نادر، ویژگی‌های مغز انسان هستند یا با اختلال بیمار مرتبط هستند. در هر صورت، این کار وسعت و عمق وسیع شکاف درک ما از مغز را آشکار کرده است.