[📪정보] 나노 수준의 해상도로 재구성된 인간 대뇌 피질의 페타복셀 조각

[익명(118.39)]

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4858

Just a moment...

인간 두뇌에 대한 완전한 이해는 세포 이하 수준에서 구조적 특성을 설명하는 것에서부터 시작됩니다. 과학계에 귀중한 자원을 제공하고 인간 측두 피질의 구조를 더 잘 이해하기 위해 Shapson-Coe et al . 인간의 측두엽 피질 입방밀리미터를 전자현미경으로 재구성했습니다. 저자는 1.4페타바이트의 전자현미경 데이터를 생성했습니다. 분류되고 정량화된 세포 유형, 혈관 및 시냅스; 그리고 이러한 데이터를 분석하기 위해 무료로 사용할 수 있는 도구를 개발했습니다. 그들의 발견을 통해 저자들은 이전에 알려지지 않았던 인간 측두엽 피질의 측면을 확인할 수 있었습니다. —마티아 마로소


소개
인간의 주요 기관 대부분이 수행하는 기능은 다른 동물과 크게 다르지 않지만 인간의 두뇌가 수행하는 기능은 우리를 지구상의 나머지 생명체와 분명히 구분합니다. 그러나 인간의 뇌 기능을 뒷받침하는 시냅스 회로에 관한 자세한 지식은 부족합니다. 이제 Connectomic 이미징 접근법을 사용하여 개별 뉴런 수준과 시냅스 연결 수준에서 연결성을 연구할 수 있을 만큼 충분히 큰 볼륨과 높은 해상도의 신경 회로를 렌더링할 수 있지만 수천 개의 뉴런으로 구성된 규모를 넘어섭니다. 이러한 데이터 세트를 생성하는 것이 이 프로젝트의 목표였습니다.

이론적 해석
인간의 신경 회로를 얻는 데 있어 중요한 장벽 중 하나는 고품질의 인간 뇌 조직에 대한 접근이었습니다. 장기 생검은 많은 인간 기관 시스템에 귀중한 정보를 제공하지만, 종양성 종괴를 검사하거나 절제하는 경우를 제외하고는 뇌에서는 생검이 거의 수행되지 않으므로 대부분의 경우 정상적인 인간 뇌 구조를 조사하는 데 문제가 있습니다. 한 가지 시도는 인간 세포로 만든 뇌 오가노이드를 사용하는 것이었지만 현재는 뇌 조직 구조에 근접하지 않습니다(예: 피질층이 존재하지 않음). 직접적인 접근법은 피질 조각이 병리학적 부위에 대한 접근을 방해하기 때문에 폐기되는 신경학적 상태에 대한 신경외과적 개입을 통해 이용 가능한 인간 표본의 세포와 회로를 매핑하는 것입니다. 우리는 신경외과 수술의 부산물인 인간 뇌 조직을 활용하여 정상적이고 궁극적으로 장애가 있는 인간 신경 회로를 연구할 수 있다고 가정했습니다.

결과
여기서 우리는 모든 피질 층을 통해 확장되는 부피 1 mm 3 의 인간 측두 피질 샘플을 설명합니다 . 간질 환자의 해마 병변에 접근하기 위해 수술 중에 샘플을 채취했습니다. 우리는 처리량이 많은 직렬 단면 전자 현미경으로 이 샘플을 이미지화하여 새로운 도구와 계산 집약적인 방법으로 분석된 페타 규모의 데이터 세트를 생성했습니다. 우리는 수천 개의 뉴런, 1억 개가 넘는 시냅스 연결, 그리고 교세포, 혈액 혈관, 미엘린을 포함하여 인간의 뇌 물질을 구성하는 기타 모든 조직 요소를 재구성했습니다. 데이터 세트가 크고 불완전하게 조사되었기 때문에 우리는 온라인 리소스( https://h01-release.storage.googleapis.com/landing.html ) 의 모든 데이터를 공유 하고 분석 및 교정을 위한 도구도 제공하고 있습니다. 우리는 깊은 층에서 이전에 인식할 수 없었던 방향성 뉴런 클래스(그림, 패널 J 참조)와 샘플 전체의 뉴런 사이의 매우 강력하고 희귀한 다중 시냅스 연결(그림, 패널 K 참조)을 발견했습니다.

결론


이 연구는 정상 및 장애가 있는 인간 뇌 기능의 물리적 토대를 시각화하고 궁극적으로 통찰력을 얻기 위한 인간 연결 접근법의 타당성에 대한 증거를 제공합니다. 모든 데이터와 관련 도구에 대한 무료 액세스를 제공함으로써 이러한 노력이 도움이 되기를 바랍니다.
추상적인


인간의 두뇌가 어떻게 작동하는지 완전히 이해하려면 고해상도의 구조에 대한 지식이 필요합니다. 여기에 제시된 것은 근본적인 간질 초점에 접근하기 위해 외과적으로 제거된 인간 측두엽 피질의 1입방밀리미터 미세 구조를 계산적으로 집약적으로 재구성한 것입니다. 이는 약 57,000개의 세포, 약 230mm의 혈관, 약 1억 5천만 개의 시냅스를 포함하며 1.4페타바이트로 구성됩니다. 우리의 분석에 따르면 신경교세포의 수는 뉴런의 2:1보다 많고 희소돌기아교세포가 가장 일반적인 세포이며 깊은 층의 흥분성 뉴런은 수지상 방향을 기준으로 분류될 수 있으며 각 뉴런에 대한 수천 개의 약한 연결 중에서 드물게 강력한 축삭 입력이 존재하는 것으로 나타났습니다. 50개의 시냅스. 이 자료를 활용한 추가 연구를 통해 인간 두뇌의 신비에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.




nature
놀라울 정도로 세밀하게 매핑된 뇌의 입방밀리미터

Google 과학자들은 나노 규모 해상도로 인간 두뇌 조각을 모델링하여 이전에 발견되지 않은 특징을 가진 세포를 드러냈습니다

https://www.nature.com/articles/d41586-024-01387-9#ref-CR1

Cubic millimetre of brain mapped in spectacular detail

연구자들은 인간 두뇌의 아주 작은 부분을 놀랍도록 자세하게 지도화했습니다. 오늘 Science 1 에 설명되어 있고 온라인에서 볼 수 있는 결과 세포 지도는 뉴런이라고 불리는 뇌 세포뿐만 아니라 자신을 감싸서 매듭을 형성하는 세포, 그리고 거의 거울 이미지인 뉴런 쌍 사이의 새로운 연결 패턴을 보여줍니다. 서로.

3D 지도는 전체 뇌의 100만분의 1에 해당하는 약 1입방밀리미터의 부피를 차지하며 대략 57,000개의 세포와 1억 5천만 개의 시냅스(뉴런 사이의 연결)를 포함합니다. 이는 1.4페타바이트에 달하는 엄청난 양의 데이터를 통합합니다. 캘리포니아주 마운틴뷰에 위치한 Google의 신경과학자이자 논문의 공동 저자인 Viren Jain은 "이것은 약간 겸손한 일입니다."라고 말합니다. “우리는 이 모든 복잡성을 어떻게 실제로 받아들일 수 있을까요?”

뇌 조각

45세 여성이 간질 치료를 위해 수술을 받았을 때 뇌 조각을 채취했다. 이는 학습, 문제 해결 및 감각 신호 처리에 관여하는 뇌의 일부인 피질에서 나왔습니다. 샘플을 방부제에 담그고 중금속으로 염색하여 세포를 더 쉽게 볼 수 있도록 했습니다. 매사추세츠 주 케임브리지 소재 하버드 대학교의 신경과학자 Jeff Lichtman과 그의 동료들은 샘플을 전자 현미경을 사용하여 이미지화할 수 있는 약 5,000개의 조각(각각 두께가 34nm에 불과함)으로 자릅니다.

그런 다음 Jain의 팀은 현미경 이미지를 함께 연결하여 전체 샘플을 3D로 재구성할 수 있는 인공 지능 모델을 구축했습니다. Jain은 “저는 이 순간을 기억합니다. 지도로 가서 이 여성의 뇌에서 개별 시냅스를 본 다음 다른 수백만 개의 픽셀을 확대해 본 것입니다.”라고 Jain은 말합니다. “일종의 영적인 느낌이 들었습니다.

모델을 자세히 조사한 결과 연구원들은 서로 최대 50개의 연결을 구성하는 일부 뉴런을 포함하여 색다른 뉴런을 발견했습니다. “일반적으로 두 개의 뉴런 사이에는 많아야 두 개의 연결을 찾을 수 있습니다.”라고 Jain은 말합니다. 다른 곳에서 모델은 주변에 매듭을 형성하는 덩굴손을 가진 뉴런을 보여주었습니다. Jain은 “이전에 이런 것을 본 사람은 아무도 없었습니다.”라고 덧붙였습니다.

연구팀은 또한 서로 거의 완벽한 거울상인 뉴런 쌍을 발견했습니다. "우리는 수상돌기를 서로 다른 두 방향으로 보내는 두 그룹을 발견했으며 때로는 일종의 거울 대칭이 있었습니다"라고 Jain은 말합니다. 이러한 기능이 뇌에서 어떤 역할을 하는지는 확실하지 않습니다.

교정자가 필요함

지도가 너무 커서 대부분이 아직 수동으로 확인되지 않았으며, 너무 많은 이미지를 함께 연결하는 과정에서 생성된 오류가 여전히 포함될 수 있습니다. "수백 개의 세포가 '교정'되었지만 분명히 거기에 있는 50,000개의 세포 중 몇 퍼센트에 불과합니다."라고 Jain은 말합니다. 그는 다른 사람들이 관심 있는 지도 부분을 교정하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다. 팀은 다른 사람들로부터 유사한 뇌 샘플 지도를 생성할 계획이지만 앞으로 수십 년 안에 전체 뇌의 지도가 나올 가능성은 낮다고 그는 말했습니다.

시애틀에 있는 Allen Institute for Brain Science의 소장인 Hongkui Zeng은 “이 논문은 정말로 인간 피질 데이터 세트의 역작”이라고 말합니다. 자유롭게 접근할 수 있는 방대한 양의 데이터를 통해 "커뮤니티는 인간 피질의 미세 회로를 더 깊이 살펴볼 수 있게 될 것"이라고 그녀는 덧붙입니다.

피질이 어떻게 작동하는지 더 깊이 이해하면 일부 정신 질환과 신경퇴행성 질환을 치료하는 방법에 대한 단서를 얻을 수 있습니다. "이 지도는 신경 연결의 새로운 규칙을 밝히고 인간 두뇌의 내부 활동을 해독하는 데 도움이 될 수 있는 전례 없는 세부 정보를 제공합니다."라고 허쉬에 있는 펜실베니아 주립 대학의 신경과학자 김용수는 말합니다.

[익명(bluewarp)]

[익명(118.39)]

[익명(118.39)]

- 우리는 깊은 층에서 이전에 인식할 수 없었던 방향성 뉴런 클래스(그림, 패널 J 참조)와 샘플 전체의 뉴런 사이의 매우 강력하고 희귀한 다중 시냅스 연결(그림, 패널 K 참조)을 발견했습니다. - 이 자료를 활용한 추가 연구를 통해 인간 두뇌의 신비에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

[익명(118.39)]

모델을 자세히 조사한 결과 연구원들은 서로 최대 50개의 연결을 구성하는 일부 뉴런을 포함하여 색다른 뉴런을 발견했습니다. “일반적으로 두 개의 뉴런 사이에는 많아야 두 개의 연결을 찾을 수 있습니다.”라고 Jain은 말합니다. 다른 곳에서 모델은 주변에 매듭을 형성하는 덩굴손을 가진 뉴런을 보여주었습니다. Jain은 “이전에 이런 것을 본 사람은 아무도

[익명(118.39)]

없었습니다.”라고 덧붙였습니다. 연구팀은 또한 서로 거의 완벽한 거울상인 뉴런 쌍을 발견했습니다. "우리는 수상돌기를 서로 다른 두 방향으로 보내는 두 그룹을 발견했으며 때로는 일종의 거울 대칭이 있었습니다"라고 Jain은 말합니다. 이러한 기능이 뇌에서 어떤 역할을 하는지는 확실하지 않습니다.

[익명(118.39)]

이 지도는 신경 연결의 새로운 규칙을 밝히고 인간 두뇌의 내부 활동을 해독하는 데 도움이 될 수 있는 전례 없는 세부 정보를 제공합니다."라고 허쉬에 있는 펜실베니아 주립 대학의 신경과학자 김용수는 말합니다.

[천사다천사(jjtheman999)]

[익명(118.39)]

[익명(182.230)]

[익명(118.39)]

[해당 댓글은 삭제되었습니다.]

해당 댓글은 삭제되었습니다.

[익명(118.39)]

[익명(125.180)]

수십년안에 뇌지도 나올가능성이 낮다는데.,.?

[익명(118.39)]

뇌지도까지는 안바라고 신경과학에서 머신러닝 발전의 아이디어를 얻을수 있으니까 딥마인드에 신경과학 아이디어를 접목할수 있는지 연구하는 부서도 있다고 들었음

[익명(defense1888)]

요약 좀

[익명(118.39)]

전례 없는 해상도로 뇌지도를 만들었고 그동안 알려지지 않았던 정보들을 볼수 있었음