جوجل تنشر أكبر خريطة لاتصالات المخ عالية الدقة

نشر علماء من جوجل وJanelia Research Campus في فرجينيا الأميركية، أكبر خريطة لاتصالات المخ عالية الدقة في أي حيوان، حيث شاركوا نموذجًا ثلاثي الأبعاد يتتبع 20 مليون من المشابك العصبية التي تربط حوالي 25,000 خلية عصبية في دماغ ذبابة الفاكهة.

يُعد هذا النموذج علامة فارقة في مجال connectomics، الذي يستخدم تقنيات التصوير التفصيلية لرسم خرائط المسارات المادية للمخ، وتُغطي هذه الخريطة التي تُعرف باسم “الاتصال العصبي” ثُلث دماغ ذبابة الفاكهة تقريبًا، وحتى الآن كائن واحد فقط هي roundworm C. elegans قد تم رسم خريطة ذهنية لها بالكامل.

أكبر خريطة لاتصالات المخ

يتمتع مجال connectomics بسمعة مختلطة في مجال العلوم، حيث يجادل المدافعون عنه بأنّه يساعد في ربط الأجزاء المادية من المُخ بسلوكيات معينة، وهو هدف رئيسي في علم الأعصاب. لكن المنتقدين يلاحظون عدم ظهور أي تقدّم كبير ناتج عن هذا المجال حتى الآن، ويقولون إن العمل المُضني المتمثل في رسم الخلايا العصبية هو استنزاف للموارد التي قد يكون لها استخدام أفضل في مجالات أخرى.

يقول مارك همفريز، عالم الأعصاب في جامعة نونتجهام، لموقع ذا فيرج:

“إعادة التصميم هي بلا شك أعجوبة فنية” لكنّه كما قال، يُعد أيضًا مصدر أساسي للعلماء الآخرين لاستخدامه الآن “لن يجيب في حد ذاته على الأسئلة العلمية المُلحّة، لكنه قد يلقي بعض الألغاز المثيرة للاهتمام”.

تُعد الخريطة ثلاثية الأبعاد التي أنتجتها جوجل وفريق FlyEM في Janelia إنجازًا فنيًا في حد ذاتها، فهي نتاج كلٍ من الأساليب الآلية والجهود البشرية الشاقة.

تكوين أكبر خريطة لاتصالات المخ

الخطوة الأولى في رسم الخريطة هي تقسيم مقاطع من ذبابة الفاكهة إلى قطع صغيرة يبلغ سمكها 20 ميكرون، أي حوالي ثلث عرض شعرة الإنسان. ويرجع استخدام ذبابة الفاكهة لكونها عنصر شائع في connectomic حيث تملك دماغ بسيطة نسبيًا بحجم بذرة الخشخاش ولكنّها تُظهر سلوكيات مُعقدة مثل رقصات التزاوج.

ثم يتم تصوير شرائح المُخ هذه عن طريق قصفها بتيارات من الإلكترونات من مجهر مسح إلكتروني، وتشمل البيانات الناتجة على حوالي 50 تريليون بكسل ثلاثي الأبعاد، أو فوكسل، ليتم معالجتها باستخدام خوارزمية تتبع مسارات كل خلية.

وعلى الرغم من جودة خوارزميات جوجل، لا يزال الأمر يتطلب تدخلًا بشريًا كبيرًا للتحقق من عمل البرنامج بشكل صحيح، وتقول الشركة إن الأمر استغرق عامين ومئات الآلاف من ساعات العمل بالنسبة للعلماء في Janelia للتدقيق في الخريطة ثلاثية الأبعاد، والتحقق من مسار 20 مليون نقطة من نقاط الاشتباك العصبي الكيميائي باستخدام نظارات الواقع الافتراضي وبرامج التعديل ثلاثي الأبعاد المُخصصة.

حتى مع ذلك، فإنّ الخريطة الناتجة – أكبر خريطة لاتصالات المخ – تغطي فقط جزء من دماغ ذبابة الفاكهة، وفي المجموعة يحتوي دماغ الذبابة على 100,000 خلية عصبية، بينما يوجد في دماغ الإنسان مثلًا حوالي 86 مليار خلية، لتُدرك فقط إلى أي مدى نحن بعيدون عن إنشاء شبكة كاملة من المسارات العصبية البشرية.