Человеческий мозг — одна из самых сложных структур в мире. Сегодня Google в сотрудничестве с Гарвардским университетом выпустил интерактивную реконструкцию объемом 1,4 петабайта очень небольшой части человеческой коры головного мозга.
Набор данных включает в себя изображения, охватывающие примерно один кубический миллиметр мозговой ткани, и содержит десятки тысяч реконструированных нейронов, миллионы фрагментов нейронов, 130 миллионов аннотированных синапсов, 104 проверенных клетки и множество дополнительных субклеточных аннотаций и структур.
Кора головного мозга — тонкий поверхностный слой мозга, играющий важнейшую роль в мышлении, памяти, планировании, восприятии, языке, внимании и большинстве других высших когнитивных функций.
Хотя был достигнут некоторый прогресс в понимании макроскопической организации этой очень сложной ткани, ее организация на уровне отдельных нервных клеток и их соединяющих синапсов в значительной степени неизвестна.
Образец ткани был анонимно пожертвован пациентами, перенесшими операцию по лечению эпилепсии в Массачусетской больнице общего профиля в Бостоне (MGH). Затем он был передан исследователям из лаборатории Лихтмана Гарвардского университета.
Исследователи Гарварда разрезали ткань на ~5300 отдельных срезов толщиной 30 нанометров с помощью автоматического ультрамикротома с ленточным сборщиком, смонтировали эти срезы на кремниевые пластины, а затем сняли изображения мозговой ткани с разрешением 4 нм на специализированном параллельном сканирующем электронном микроскопе с 61 лучом для быстрой обработки изображений.
Конечным результатом стали 225 миллионов отдельных 2D-изображений, которые Google затем вычислительно сшил и выровнял в 3D-объем с использованием тысяч TPU Google Cloud. Эта карта человеческого мозга теперь доступна через веб-инструмент визуализации Neuroglancer от Google.
Для Google проблемой в дальнейшем станет хранение данных, поскольку сегодняшний набор данных объемом 1,4 петабайта составляет «всего лишь одну миллионную часть объема всего человеческого мозга». Например, картирование мозга мыши может «сгенерировать объем данных размером с эксабайт». Компания исследует возможности сжатия данных с использованием машинного обучения.