gov-civil-vilareal.ptWissenschaftler von Google und Harvard erstellen eine 3D-Karte des menschlichen Gehirns mit 225 Millionen Bildern
>Ein Team von Wissenschaftlern mit Google und Harvard University hat gerade eine erstaunliche farbcodierte Karte von fast 4.000 eingehenden Axonen gezaubert, die sich mit einem einzelnen Neuron verbinden.
Dieses atemberaubende durchsuchbare 3D-Karte die nur ein Millionstel der Großhirnrinde darstellt, wurde aus 225 Millionen Einzelbildern und einem Supercomputer erstellt, der 1,4 Petabyte an Daten verarbeitet. Die Hauptziele dieses Projekts waren die Entwicklung einer neuartigen Ressource für die Untersuchung des menschlichen Gehirns und die Verbesserung und Skalierung der zugrunde liegenden Connectomics-Technologien.
Die Kartierung des verworrenen Durcheinanders von Neuronen, Synapsen und neurologischen Zellen ist bestenfalls eine gewaltige Aufgabe, aber diese fleißigen Ingenieure erzielten mit diesem ehrgeizigen Projekt der grauen Materie bewundernswerte Ergebnisse, um eine Art Schaltplan des menschlichen Gehirns ('Connectome') basierend auf seinem 86 . zu erstellen Milliarden Neuronen, die über 100 Billionen Synapsen verbunden sind.
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Bildnachweis: Google/Lichtman-Labor
Bereits im Januar 2020 veröffentlichte Google das Fliegen-Hemihirn-Connectom, eine Online-Datenbank, die die morphologische Struktur und die synaptische Konnektivität von etwa der Hälfte eines Fruchtfliegengehirns liefert. Diese detaillierte Datenbank und ihre Visualisierungstools haben die Art und Weise, wie neuronale Schaltkreise und Bahnen im Fliegenhirn verstanden werden, völlig verändert.
Jetzt in einem großen Fortschritt, Google und das Lichtman Lab der Harvard University hat ein verblüffendes Modell eines Mikroschnitts des menschlichen Gehirns vorgestellt, das mit einer mikroskopischen Probe aus dem Schläfenlappen einer menschlichen Großhirnrinde begann. Diese Scheibe wurde für zusätzliche visuelle Klarheit gefärbt und dann mit Harz beschichtet, um sie zu schützen und zu konservieren.
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Die chirurgische Probe wurde dann in etwa 5.300 Scheiben mit einer Dicke von jeweils etwa 30 Nanometern (nm) gewürfelt. Als nächstes wurde ein Rasterelektronenmikroskop verwendet, um die Probe mit einer maximalen Auflösung von bis zu 4 nm abzubilden. Dies alles führte zur Erstellung von 225 Millionen zweidimensionalen Bildern, die zusammengefügt werden konnten, um ein einziges 3D-Volumen zu manifestieren.
Algorithmen des maschinellen Lernens scannten die Scheibe sorgfältig, um die verschiedenen Zellen und ihre zugrunde liegenden Strukturen zu identifizieren. Nach einigen Durchgängen durch verschiedene automatisierte Systeme lieferte das menschliche Auge für einige Zellen einen visuellen Bearbeitungsdurchgang, um festzustellen, ob die Algorithmen sie richtig identifizierten oder nicht.
Bildnachweis: Google/Lichtman-Labor
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Google hat dieses Ergebnis den H01-Datensatz , und es gilt als die vielleicht umfassendste Karte des menschlichen Gehirns, die es gibt. Mit 50.000 Zellen und 130 Millionen Synapsen sowie winzigeren Zellsegmenten wie Axonen, Dendriten, Myelin und Zilien wurde dieses verblüffende Rendering nur durch die Nutzung von über einer Million Gigabyte an Daten geboren.
Aber das Wahnsinnige an diesem Fortschritt ist, dass Google diese Miniaturprobe als nur ein Millionstel des Volumens des gesamten menschlichen Gehirns bezeichnet.
Da das Lichtman Lab-Team diese gigantische Gehirnkarte in Zukunft noch weiter skaliert, steht der gesamte H01-Datensatz online für Forscher und Wissenschaftler zur Verfügung, mit einem Preprint-Papier, das die verfügbaren Arbeiten auf bioRxiv .
