دنیای حیرت‌انگیزی که در یک میلیمتر مکعب از مغز انسان کشف شد
دانشمندان نمودار سیم‌کشی بخشی از مغز انسان را با جزئیات بی‌سابقه‌ای بازسازی کرده‌اند. این بازسازی، عجایب تازه و پیچیدگی‌های چیزی را آشکار کرده که بسیاری آن را پیچیده‌ترین شیء جهان می‌دانند.
به گزارش فرادید، محققان هاروارد با متخصصان یادگیری ماشینی در گوگل همکاری کردند تا مدارهای عصبی، اتصالات، سلول‌های پشتیبان و ذخیره خون را در ذره‌ای از بافت سالم برداشته‌شده از قشر مغز زنی 45ساله که به دلیل صرع عمل شده بود، ترسیم کنند.
این توده مغز فقط یک میلیمتر مکعب از بافت را تشکیل می‌داد، اما بازسازی سیستم اعصاب و سلول‌های آن همچنان یک کار بزرگ برای تیم بود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی 57000 سلول جداگانه، 150 متر اتصالات عصبی و 23 سانتی‌متر رگ‌های خونی را در همین یک میلیمتر مکعب آشکار کرد.
این نمونه که اندازه آن یک میلیمتر مکعب بود، از مغز زنی 45ساله گرفته شد که عمل جراحی شده بود.
جِف لیتمَن، استاد زیست‌شناسی مولکولی و سلولی در هاروارد می‌گوید: «هدف این بود که تصویری با وضوح بالا از این اسرارآمیزترین قطعه زیست‌شناسی به دست آوریم که هر یک از ما روی شانه‌هایمان حمل می‌کنیم. دلیل اینکه قبلاً این کار را انجام ندادیم این است که کار بسیار چالش‌برانگیزی است. انجام آن واقعاً سخت است!»
محققان با برش دادن این نمونه بافت به کمتر از 1000 برابر نازکتر از عرض یک تار موی انسان، از هر یک تصاویر میکروسکوپ الکترونی گرفتند تا جزئیات ساختار مغز را تا مقیاس نانو یا هزارم میلیمتر ثبت کنند. سپس یک الگوریتم یادگیری ماشینی، مسیرهای نورون‌ها و سلول‌های دیگر را از طریق بخش‌های جداگانه، ردیابی کرد. این تصاویر شامل 1.4 پتابایت داده معادل 14000 فیلم کامل با وضوح k4 میشد.
لیتمن می‌گوید: «ما در این مجموعه داده چیزهای زیادی پیدا کردیم که در کتاب‌ها وجود ندارد. ما آن‌ها را نمی‌فهمیم، اما می‌توانم به شما بگویم آن‌ها نشان‌دهنده‌ی شکافی هستند بین آنچه قبلاً می‌دانستیم و آنچه قرار است بدانیم.»
در یک مشاهده گیج‌کننده، این نورون‌های به اصطلاح هرمی که شاخه‌های بزرگی به نام دِندریت دارند که از پایه‌های آن‌ها بیرون زده، تقارن عجیبی را به نمایش گذاشتند که برخی رو به جلو و برخی رو به عقب هستند. تصاویر دیگر حلقه‌های تنگ آکسون‌ها را آشکار کرد، فیبرهای نازکی که سیگنال‌های یک سلول مغزی را به سلول دیگر منتقل می‌کنند، گویی پیش از یافتن خروجی سمت درست و ادامه مسیر، در یک میدان گیر کرده‌اند.
محققان حدس زدند ارتباطات قوی میان نورون‌ها شاید رفتارهای خوب آموخته‌شده را توضیح دهد.
این نقشه موارد نادری را نیز نشان داد که در آن‌ها، نورون‌ها با سلول‌های دیگر ارتباط بسیار قوی برقرار می‌کردند. در سراسر کل بافت مغز، بیش از 96 درصد آکسون‌ها تنها یک اتصال با سلول هدف ایجاد کردند و تنها 3 درصد آن‌ها دو اتصال ایجاد کردند. اما یک تعداد انگشت‌شمار ده‌ها اتصال و در یک مورد بیش از 50 اتصال، با یک سلول نزدیک ایجاد کردند. جزئیات در مجله Science منتشر شده است.
لیتمن حدس زد چنین اتصالات قوی ممکن است روشن کنند چگونه رفتارهای آموخته شده پس از تمرین کافی تقریباً به هیچ فکری نیاز ندارند، مانند برداشتن پا از روی پدال گاز و فشار دادن ترمز موقع رسیدن به چراغ قرمز. من فکر می‌کنم این ارتباطات قدرتمند ممکن است بخشی از سیستم اطلاعات آموخته‌شده و آنچه یادگیری در مغز به نظر می‌رسد باشند. این تیم نقشه را به صورت رایگان در اختیار سایر محققان قرار می‌دهد تا از آن استفاده کنند.
در حال حاضر، محققان حتی به نقشه‌برداری از کل مغز انسان فکر هم نمی‌کنند. این کار از نظر فناوری بسیار سخت است و مغز انسان سالم چیزی نیست که برای این آزمایشات به راحتی در دسترس باشد. در عوض، پروژه بعدی یک همکاری چند دانشگاهی با گوگل برای بازسازی سیستم اعصاب و سلول‌های مغز موش خواهد بود. شاید این آزمایش منجر به کشف مدارهای مغزی شود که سبب می‌شوند موش به سمت پنیر سوئیسی حرکت کند یا انسان جلوی نانوایی بایستد! لیتمن می‌گوید: «شاید بتوانیم درباره اینکه چگونه اراده انسان توسط تجربه حسی هدایت می‌شود، اطلاعاتی به دست آوریم. اگر کل مغز موش را داشته باشیم، فرصت‌های واقعاً شگفت‌انگیزی وجود دارد که درباره آزادی اراده بدانیم چون خودتان می‌دانید، موش روبات نیست.»
