يبدو أن عملاق التكنولوجيا جوجل لم تكتف بخريطتها للطرق Google Map وسرعان ما خططت لإطلاق خريطة جوجل للدماغ البشري. ذلك بالتعاون مع علماء من جامعة هارفرد.
ابتكر مجموعة باحثين في جامعة هارفارد بقيادة الأستاذ الدكتور جيف ليشتمان، أستاذ علم الأحياء الجزيئية والخلوية. طريقة عملية لإعادة بناء ثلاثية الأبعاد للدماغ حتى الآن. حيث تظهر بتفاصيل حية كل خلية وشبكة اتصالاتها في قطعة من القشرة الصدغية بحجم نصف حجم حبة الأرز.
جاء هذا الاختراع نتاج 10 سنين من التعاون بين علماء Google Research وجامعة هارفارد. حيث تجمع بين التصوير المجهري الإلكتروني الذي أجراه ليشتمان وخوارزميات الذكاء الاصطناعي لترميز وإعادة بناء الأسلاك المعقدة للغاية لأدمغة الثدييات.
اعتمدت الورقة البحثية لهذه الدراسة المنشورة في مجلة Science ثلاثة مؤلفون هم ألكسندر شابسون الباحث السابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد. وميخا جانوشيفسكي من أبحاث جوجل. ودانييل بيرجر الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد.
يستهدف هذا الاختراع المدعوم من مبادرة BRAIN التابعة للمعاهد الوطنية للصحة إنشاء خريطة شاملة وعالية الجودة للأسلاك العصبية للدماغ. وهو ما يستلزم حوالي 1000 ضعف كمية البيانات التي أنتجتها المجموعة للتو من جزء من القشرة البشرية يبلغ حجمه 1 مليمتر مكعب.
قال ليشتمان: ”كلمة ’جزء‘ مثيرة للسخرية“. ”التيرابايت، بالنسبة لمعظم الناس، هو تيرابايت عملاق، ومع ذلك فإن جزءًا من دماغ الإنسان – مجرد جزء صغير جدًا من الدماغ البشري – لا يزال يساوي آلاف التيرابايت“.
وبعد عدد من الدراسات والأبحاث تخرج الخريطة الأخيرة إلينا بتفاصيل لم يسبق لها مثيل في بنية الدماغ. بما في ذلك مجموعة نادرة لكنها قوية من المحاور العصبية المتصلة بما يصل إلى 50 نقطة اشتباك عصبي.
كما لاحظ الفريق أيضًا وجود شذوذات في الأنسجة، مثل عدد قليل من المحاور العصبية التي شكلت زوائد واسعة النطاق. ولأن العينة أُخذت من مريض مصاب بالصرع، فإن الباحثين لا يعرفون ما إذا كانت هذه التكوينات مرضية أم أنها نادرة ببساطة.
تفاصيل خريطة جوجل للدماغ؟
تحتوي الخريطة الأخيرة على تفاصيل لم يسبق لها مثيل في بنية الدماغ. بما في ذلك مجموعة نادرة لكنها قوية من المحاور العصبية المتصلة بما يصل إلى 50 نقطة اشتباك عصبي.
كما لاحظ الفريق أيضًا وجود شذوذات في الأنسجة. فعلي سبيل المثال هناك عدد قليل من المحاور العصبية التي شكلت زوائد واسعة النطاق. وبما أن العينة أخذت من مريض مصاب بالصرع، فإن الباحثين لا يعرفون ما إذا كانت هذه التكوينات مرضية أم أنها نادرة ببساطة.
تسمح خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتطورة من Google بإعادة بناء ورسم خرائط لأنسجة المخ في ثلاثة أبعاد. وقد طوّر الفريق أيضًا مجموعة من الأدوات المتاحة للجمهور التي يمكن للباحثين استخدامها لفحص الرابط الشبكي وشرحه.
وقال فيرين جاين، أحد المتعاونين مع جوجل: ”بالنظر إلى الاستثمار الهائل الذي تم توظيفه في هذا المشروع، كان من المهم تقديم النتائج بطريقة يمكن لأي شخص آخر الآن أن يذهب ويستفيد منها“.
سيتناول الفريق بعد ذلك تكوين الحصين عند الفئران، وهو أمر مهم في علم الأعصاب لدوره في الذاكرة والأمراض العصبية.
من أين جاءت العينة؟
جاءت عينة الدماغ من مريض مصاب بصرع شديد. وقال ليشتمان إن الإجراء المعتاد هو إزالة جزء صغير من الدماغ لإيقاف النوبات، ثم فحص النسيج للتأكد من أنه طبيعي. وقال: ”لكن العينة كانت مجهولة الهوية، لذلك لم أكن أعرف شيئاً عن المريض، باستثناء عمره وجنسه“.
ولتحليل العينة، قام ليشتمان وفريقه أولًا بتقطيعها إلى مقاطع رقيقة باستخدام سكين ذات حافة شفرة مصنوعة من الماس. ثم غُرست المقاطع بعد ذلك في مادة صمغية صلبة وقطعت مرة أخرى إلى شرائح رقيقة جداً. ”حوالي 30 نانومتر، أو ما يقرب من 1,000 من سمك شعرة الإنسان. كانت غير مرئية تقريبًا، لولا أننا قمنا بتلوينها بالمعادن الثقيلة؛ ما جعلها مرئية عند إجراء التصوير الإلكتروني“.
انتهى الفريق بعدة آلاف من الشرائح التي تم التقاطها بشريط مصنوع خصيصًا؛ ما أدى إلى تكوين ما يشبه شريطاً من الأفلام: ”إذا التقطت صورة لكل مقطع من تلك المقاطع وقمت بمحاذاة تلك الصور، ستحصل على قطعة ثلاثية الأبعاد من الدماغ على المستوى المجهري“.
نتائج التعاون بين جوجل وهارفارد
وقد نتج عن التعاون بين فريقي هارفارد وجوجل صور ملونة تجعل المكونات الفردية أكثر وضوحًا، ولكنها بخلاف ذلك تمثل تمثيلًا صادقًا للأنسجة.
وأوضح ”جين“ قائلًا: ”الألوان اعتباطية تمامًا، ولكن بخلاف ذلك، لا يوجد الكثير من الرخصة الفنية هنا. فالمغزى من هذا كله هو أننا لا نختلقها – فهذه هي الخلايا العصبية الحقيقية، والأسلاك الحقيقية الموجودة في هذا الدماغ، ونحن في الحقيقة نجعلها ملائمة ومتاحة لعلماء الأحياء لعرضها ودراستها“.
احتوت البيانات على بعض المفاجآت. على سبيل المثال، بدلًا من تشكيل اتصال واحد، فإن أزواجًا من الخلايا العصبية لديها بدلًا من ذلك أكثر من 50 زوجًا من الخلايا العصبية. ”هذا يشبه نوعًا ما لو كان هناك منزلان في مبنى واحد يربط بينهما 50 خطًا هاتفيًا منفصلًا. ما الذي يحدث هناك؟ لماذا هما متصلان بقوة؟ نحن لا نعرف ما هي وظيفة أو أهمية هذه الظاهرة حتى الآن، سيتعين علينا دراستها بشكل أكبر“.
في نهاية المطاف، يمكن أن تساعد مراقبة الدماغ بهذا المستوى من التفاصيل الباحثين في فهم الحالات الطبية التي لم يتم حلها، وفقًا لـ ليشتمان.
المصادر