Нервную ткань реконструировали в 3D-формате

Слои нейронов коры, окраска которых зависит от их размеров. Иллюстрация Physorg

Одна из компаний – резидентов «Сколкова» заявила, что ее специалисты разрабатывают нейроимпланты. В отличие от широко разрекламированных за океаном отечественные импланты будут помогать и при неврологических заболеваниях. Уже в 2025 году планируется набор добровольцев для помощи людям с утерянным слухом и зрением.

В свое время была детская считалка про число капель в море и в небе звезд. Это становится все более актуальным сегодня, когда ученые гоняются за отдельными фотонами и электронами, а также определяют различные «-омы» в одиночных клетках. Неудивительно поэтому, что довольно сильный резонанс в научном сообществе вызвало совместное заявление сотрудников Гарварда и калифорнийского IT-гиганта Google. Легенда гласит, что когда один из основателей компании, математик с российскими корнями Сергей Брин спросил своего маленького сынишку, как назвать число 10 в 100-й степени, тот прогулькал что-то вроде «googol».

IT – это технологии коммуникации, отстающие в своем развитии от возможностей даже мозга мухи-дрозофилы и мыши. У первой мозг уже картирован, а у второй с успехом картируется. Считается, что у мухи около 180 тыс. нервных клеток, у мыши – 100 млн. Преимущество живых нейронов в том, что они легко адаптируются к задачам, «ликвидируя» одни синапсы – точки соединений нервных клеток друг с другом – и в течение секунд формируя новые. Такое невозможно себе представить в жестко структурированных чипах.

Считается, что в мозге человека нейронов в 1000 раз больше, нежели в мышином. Поэтому задача его картирования (mapping) будет решаться, если не случится ничего экстраординарного в плане развития исследовательского инструментария в течение 10–15 ближайших лет. Экстраординарного все же хочется, если учесть историю расшифровки первого генома человека, на что ушло 15 лет и 15 млд долл., а потом пришли автоматы и сегодня уверенно говорят о довольно скором завершении проекта «100 000 геномов», обещающего реальные прорывы как в биологии человека, так и биомедицине.

Всю черновую работу провели биоинженеры Гарварда, получившие в свое распоряжение фрагмент биопсии коры головного мозга человека, взятый при подготовке к операции 45-летней женщины по поводу ее эпилепсии. Ткань подготовили для исследования: под электронным микроскопом были сделаны 5000 срезов толщиной не более 34 нанометров (10–9 м). А далее по старой английской поговорке – stitch in time saves nine («Стежок вовремя сэкономит потом целых девять»). Срезы необходимы были для 3D-реконструкции образца нервной ткани с 57 000 нейронов, уместившихся в 1 куб. мм.

Для выполнения этой гигантской работы в Калифорнии разработали эксклюзивный искусственный интеллект. Хотя в некоторых случаях гарвардцам пришлось доводить картину вручную, что неудивительно, если учесть, что «какие-то» 60 тыс. клеток образовали почти 150 млн клеточных контактов. Некоторые из нейронов имели по 50 синапсов, что удивительно, поскольку нейробиологи знали о 2–3, изредка чуть большем числе.

Авторы обнаружили нейроны с телами правильной треугольной формы, а также клеточные пары, представляющие собой чуть ли не зеркальное отражение друг друга. Думается, что исследователей ждет еще много удивительных открытий, учитывая, что пока картирование охватило лишь тысячную долю мозгового объема.

В далеком 1906 году Нобелевскую премию вручили испанцу С. Рамон-Кахалу и итальянцу К. Гольджи за разработку первых технологий окрашивания нервных клеток, поразивших современников формой своих тел и отростков. Сегодня мы знаем, что только в сетчатке глаза присутствуют до 60 типов разных по форме и функциям клеток. Интересно, что микроскописты были удостоены награды через два года после нашего соотечественника академика Ивана Павлова за его исследования пищеварения. И вряд кто век назад мог догадываться, что не только мозг влияет на кишечник, но и кишечник воздействует на наш орган мышления. Достаточно вспомнить историю нашумевших в свое время прионов. Эти белковые структуры поступают в мозг и делают из его тканей что-то похожее на губку.