Mapowanie ludzkiego mózgu pomoże lepiej zrozumieć jego funkcje i choroby
Wyobraź sobie, że możesz stworzyć trójwymiarowy atlas ludzkiego mózgu – najbardziej złożonego narządu w ciele – i przeprowadzić symulację jego pracy, co wspomoże badania i leczenie różnych schorzeń takich jak epilepsja czy nowotwór. Tego zadania podjął się zespół finansowanego przez UE projektu HBP SGA3, który niedawno zaprezentował najbardziej kompleksową cyfrową mapę komórkowej architektury mózgu, a następnie udostępnił ją za pośrednictwem infrastruktury badawczej europejskiego programu Human Brain Project – EBRAINS. Wyniki prac naukowców opisano na łamach czasopisma „Science”. „Przedstawiamy Julich-Brain – trójwymiarowy atlas zawierający mapy architektury komórkowej obszarów korowych i jąder podkorowych. Atlas ma charakter probabilistyczny, więc uwzględnia różnice pomiędzy pojedynczymi mózgami”. Jak informują naukowcy w tym samym artykule, tego typu atlas powinien „integrować najnowszą wiedzę dotyczącą obszarów mózgu, uwzględniać różnice pomiędzy poszczególnymi mózgami, opierać się na schematach pracy możliwych do odtworzenia i zawierać łącza do innych internetowych źródeł i baz danych”. Zespół „opracował model obliczeniowy i poszerzył dostępną wiedzę na temat ludzkiego mózgu w oparciu o schematy architektury komórkowej”. W komunikacie prasowym zamieszczonym na stronie projektu wyjaśniono, jak Julich-Brain ukazuje „różnorodność struktury mózgu w mikroskopijnej rozdzielczości. Atlas przedstawia prawie 250 obszarów różniących się pod względem struktury, każdy opracowany w oparciu o analizę 10 mózgów. Naukowcy stworzyli cyfrowe obrazy ponad 24 000 bardzo cienkich fragmentów mózgu, a następnie zebrali je w trójwymiarowe struktury i zmapowali”. Jak informuje autorka badania prof. dr Katrin Amunts, dyrektorka Instytutu Neuronauki i Medycyny w centrum badawczym Forschungszentrum Jülich, będącym partnerem projektu HBP SGA3, „cyfrowy atlas mózgu pomoże w dokładniejszej interpretacji wyników obrazowania mózgu”. W tym samym komunikacie prasowym badaczka stwierdza, że atlas „staje się pewnego rodzaju trójwymiarowym modelem mózgu przypominającym model Ziemi Google Earth. Obrazowanie na poziomie komórkowym pozwala na precyzyjne powiązanie danych dotyczących różnych ośrodków w mózgu”.
Nie ma dwóch takich samych mózgów
Badanie dowodzi, że te same obszary mózgu różnią się u każdego z nas, „na przykład pod względem rozmiaru i lokalizacji. Julich-Brain stanowi »mapę prawdopodobieństwa« przedstawiającą umiejscowienie i kształt poszczególnych ośrodków”. Jak podano w komunikacie prasowym, „szczególnie spore różnice były widoczne w ośrodku Broki, który jest odpowiedzialny za generowanie mowy. Z kolei obszar związany z widzeniem u każdego z nas wygląda podobnie”. Partnerzy projektu podkreślają, że ich atlas „umożliwia tworzenie powiązań pomiędzy strukturą a funkcjami mózgu. Jest on już z powodzeniem wykorzystywany na przykład do łączenia danych dotyczących ekspresji genów, sieci w mózgu i jego aktywności, pozwalając na lepsze zrozumienie funkcji mózgu i mechanizmów rozwoju różnych chorób”. Dzięki platformie EBRAINS opracowane przez naukowców mapy mogą zostać wykorzystane „w symulacjach lub badaniach dotyczących podziału pracy między poszczególne ośrodki w mózgu, opartych na sztucznej inteligencji”. Realizacja projektu HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3) potrwa do marca 2023 roku. Jest on ostatnią fazą jednego z największych finansowanych przez UE projektów, Human Brain Project, stworzonego w ramach inicjatywy „Przyszłe i powstające technologie”. Jak dowiadujemy się z arkusza informacyjnego projektu, „ostatecznym celem zespołu jest stworzenie nowej europejskiej infrastruktury badawczej, EBRAINS, która zostanie włączona do planu działania Europejskiego Forum Strategii ds. Infrastruktur Badawczych (ESFRI)”. Więcej informacji: strona projektu HBP SGA3
Słowa kluczowe
HBP SGA3, Human Brain Project, EBRAINS, mózg, Julich-Brain
