Google aiuta gli scienziati di Harvard a mappare il cervello umano

Il risultato è la mappa digitale, o “rete neurale”, più dettagliata mai creata del cervello umano.

Giovedì Lichtman e i suoi partner hanno rivelato risultati Per i loro sforzi sulla prestigiosa rivista Science, e pubblicati anche in Rendering Internet Del cervello umano come mai prima d’ora. Era completo di software che permetteva agli spettatori di muoversi attraverso un microscopico paesaggio spaziale così dettagliato che Lichtman non poteva fare a meno di diventare poetico quando ne parlava.

“È uno strano mondo dentro la tua testa”, ha detto. “I neuroni stessi sono davvero straordinariamente belli.”

È vero che le intuizioni derivate dal piccolo campione non hanno ancora rivelato i segreti dell’autismo, della schizofrenia o della depressione. Non possono ancora spiegare i meccanismi dell’apprendimento, della memoria e della personalità umana a livello cellulare. Ma rappresenta un primo passo importante in questa direzione e offre uno sguardo allettante sul tipo di visioni che potremmo vedere nei prossimi decenni.

In questo panorama complesso ci sono strutture strane, mai viste prima, prive di libri di testo, incluse, nelle parole di Lichtman, “fantasticamente strane”. Neuroni che puntano in una sola direzione, direttamente opposta all’altra. Gli assoni, i cavi in ​​fibra ottica a lungo raggio del cervello, passano da linee diritte a linee dispari “Vorticilli” Che sembrano turbanti, poi si srotolano e ritornano alle linee rette. Lo scopo di Molte di queste strane anomalie rimangono oggetto di studi futuri.

Immagini di alcune delle misteriose strutture cerebrali che il team di Lichtam è riuscito a mappare con l’aiuto dei ricercatori di Google. Harvard/Google

Alcuni stanno già generando potenziali teorie rivoluzionarie che potrebbero rivelare nuove intuizioni fondamentali sul funzionamento del cervello. Il momento clou, ha detto Lichtman, è la scoperta di quello che sembra essere un nuovo ed estremamente raro tipo di “superconnessione” che collega gli individui. Neuroni alle fibre assonali che trasportano informazioni e che si intersecano con il cervello. Ciascuna superconnessione ha una combinazione di circa 50 sporgenze dove di solito ce n’è solo una. Lichtman ipotizza che queste strutture possano aiutare a spiegare come le abitudini apprese, come fermarsi al semaforo rosso senza pensare, siano incise nella struttura fisica del cervello.

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“Probabilmente il 99% delle connessioni tra assoni e singole cellule cerebrali sono connessioni molto deboli”, afferma Lichtman. Ma “quelle connessioni forti sono così forti che le informazioni possono fluire in modo molto efficiente. Questo potrebbe essere un modo per spiegare il fatto che dopo aver imparato qualcosa, hai la capacità automatica di farlo”.

Il nuovo studio fa parte di una serie molto più ampia di progetti finanziati dalla BRAIN Initiative, un massiccio sforzo scientifico lanciato dall’amministrazione Obama nel 2013 per scoprire informazioni fondamentali sul cervello umano.

“È un grosso problema”, ha detto Ed Lin, un neuroscienziato dell’Allen Institute for Brain Science di Seattle, che non è stato coinvolto nello studio. La mappatura è una “prima cosa umana”.

Len, che aiuta a guidare Un altro componente dell’iniziativa BRAIN, Ha detto che il lavoro di Lichtman potrebbe aiutare a cambiare la nostra comprensione del cervello umano e migliorare notevolmente la nostra capacità di curare le malattie.

“Abbiamo una conoscenza molto scarsa di questi circuiti”, ha detto. “Immagina che il tuo cellulare si rompa e non sai nulla dei componenti del cellulare o di come sono collegati insieme, e stai cercando di aggiustarlo se non capiamo affatto come le cose sono collegate insieme , le nostre possibilità di riuscire a risolverlo sono scarse.

Il dottor Jeffrey Lichtman tiene in mano una scultura del cervello donatagli da un collega di laboratorio e guida lo sforzo di costruire un diagramma del cablaggio neurale.David L. Ryan/Staff globale

Il progetto di Lichtman è stato originariamente finanziato con parte di una sovvenzione quinquennale di 7 milioni di dollari da parte del National Institutes of Health, e recentemente ha ricevuto altri 30 milioni di dollari. Più di cinque anni di programma NIH pertinente. L’obiettivo dell’agenzia federale è migliorare la nostra comprensione delle malattie che colpiscono la cognizione e le emozioni.

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I soldi ne finanziano anche un altro Progetti correlatiè integrato dagli sforzi di collaborazione pro bono di Google, che ha fornito la potenza computazionale e il lavoro tecnico necessari per eseguire il progetto.

Dopo che il campione di cervello umano è stato colorato, tagliato e fotografato In Lichtmann laboratorioGli ingegneri di Google hanno applicato l’apprendimento automatico per ricollegare insieme questi chip e hanno applicato i colori per rendere i fili visibili a occhio nudo.

La portata della sfida di ricreare quel campione di 1 millimetro cubo Dal cervello umano In formato digitale era così grande che lo sforzo di continuare a produrre immagini di un intero cervello umano avrebbe dovuto attendere. Immagine accurata di L’intero cervello umano è dentro Questa scala, afferma Lichtman, equivarrebbe all’incirca alla quantità di dati prodotti in tutto il mondo in un anno.

Ecco perché il prossimo sforzo sarà più modesto: nei prossimi cinque anni, Lichtman e i suoi collaboratori mirano a fotografare la prima sezione da 10 millimetri cubi. da noi Cervello di topo. Il progetto è una prova di concetto con l’obiettivo finale: un cervello di topo completo, 50 volte più grande.

“Il cervello umano sarà un altro fattore mille volte più grande del cervello del topo”, afferma Lichtman. “Non abbiamo la capacità di archiviare tali informazioni.”

I vantaggi derivanti da tutti questi sforzi potrebbero alla fine essere enormi. Google e altri si aspettano di utilizzare i risultati per migliorare la loro capacità di inventare algoritmi di intelligenza artificiale modellati sul cervello umano.

Da parte sua, Lichtman spera di rispondere a domande fondamentali sulla mente umana: come possono le rappresentazioni del mondo rimanere impresse nella nostra testa? Quali sono i fondamenti materiali della conoscenza?

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Il progetto lo ha già portato in un territorio intellettuale in cui non si sarebbe mai aspettato di entrare. Descrive l’esperienza di sedersi nel suo ufficio con un nuovo strumento “neuroglass” che gli ha permesso di manovrare attraverso il paesaggio visivo di una rete neurale come “meravigliosa”, “magica” e “come una fantasia”. Voleva fare clic su ciascuna cella individualmente.

Invocando i nomi di Magellano, Amerigo Vespucci e altri famosi esploratori, Lichtman ha elogiato l’emozione della scoperta.

“Questo è molto simile all’utilizzo del telescopio Hubble o del telescopio James Webb”, afferma Lichtman. “Ma non è un telescopio, è un microscopio che ci permette di guardare dentro. Ci sono sicuramente tutti i tipi di cose che non abbiamo mai visto prima. Stiamo esplorando la terra incognita.”

Il dottor Jeffrey Lichtman sta guidando lo sforzo per creare uno schema elettrico neurale.David L. Ryan/Staff globale

Adam Piore può essere raggiunto all’indirizzo adam.piore@globe.com.

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