25.4 C
Jakarta

Peta Otak 3D 1.400 Terabyte yang Sangat Rinci

Published:

Oleh

Enam lapisan neuron rangsang diberi kode warna berdasarkan kedalaman. Kredit: Riset Google dan Lab Lichtman

Upaya kolaboratif antara Harvard dan Google telah menghasilkan terobosan dalam ilmu otak, menghasilkan peta 3D ekstensif dari segmen kecil otak manusia, mengungkap interaksi saraf yang kompleks, dan meletakkan dasar untuk memetakan seluruh otak tikus.

Satu milimeter kubik jaringan otak mungkin kedengarannya tidak banyak. Namun mengingat kotak kecil itu berisi 57.000 sel, 230 milimeter pembuluh darah, dan 150 juta sinapsis, semuanya berjumlah 1.400 terabyte data, para peneliti Harvard dan Google baru saja mencapai sesuatu yang luar biasa.

Sebuah tim Harvard yang dipimpin oleh Jeff Lichtman, Profesor Biologi Molekuler dan Seluler Jeremy R. Knowles dan dekan ilmu pengetahuan yang baru diangkat, bersama para peneliti Google telah menciptakan resolusi sinaptik terbesar, rekonstruksi 3D dari sepotong otak manusia hingga saat ini, menunjukkan dengan jelas setiap sel dan jaringan koneksi sarafnya di sepotong korteks temporal manusia yang berukuran sekitar setengah butir beras.

Kemajuan Teknologi dalam Ilmu Saraf

Prestasi yang mengesankan, dipublikasikan di jurnal Sainsadalah yang terbaru dari kolaborasi hampir 10 tahun dengan para ilmuwan di Google Research, yang menggabungkan pencitraan mikroskop elektron Lichtman dengan algoritma AI untuk memberi kode warna dan merekonstruksi jaringan otak mamalia yang sangat kompleks. Tiga penulis pendamping makalah ini adalah mantan peneliti pascadoktoral Harvard Alexander Shapson-Coe; Michał Januszewski dari Google Research, dan peneliti postdoctoral Harvard Daniel Berger.

Tujuan akhir dari kolaborasi ini, yang didukung oleh Inisiatif BRAIN Institut Kesehatan Nasional, adalah untuk membuat peta resolusi tinggi dari seluruh rangkaian saraf otak tikus, yang akan memerlukan sekitar 1.000 kali jumlah data yang mereka hasilkan dari 1 kubik- fragmen milimeter korteks manusia.

Wawasan Dari Brain Map Terbaru

“Kata ‘fragmen’ sungguh ironis,” kata Lichtman. “Satu terabyte, bagi sebagian besar orang, adalah ukuran yang sangat besar, namun sebuah bagian dari otak manusia – hanya bagian kecil dari otak manusia – masih tetap ribuan terabyte.”

Peta terbaru di Science berisi rincian struktur otak yang belum pernah dilihat sebelumnya, termasuk serangkaian akson yang langka namun kuat yang dihubungkan hingga 50 sinapsis. Tim juga mencatat keanehan pada jaringan tersebut, seperti sejumlah kecil akson yang membentuk lingkaran besar. Karena sampel mereka diambil dari pasien penderita epilepsi, mereka tidak yakin apakah formasi yang tidak biasa tersebut bersifat patologis atau hanya langka.

Bidang Connectomics

Bidang Lichtman adalah “connectomics,” yang analog dengan genomik, berupaya menciptakan katalog komprehensif struktur otak, hingga ke sel-sel individual dan kabel. Peta lengkap seperti itu akan membuka jalan menuju wawasan baru mengenai fungsi otak dan penyakit, yang masih sedikit diketahui oleh para ilmuwan.

Algoritme AI Google yang canggih memungkinkan rekonstruksi dan pemetaan jaringan otak dalam tiga dimensi. Tim juga telah mengembangkan serangkaian alat yang tersedia untuk umum yang dapat digunakan para peneliti untuk memeriksa dan memberi anotasi pada koneksi tersebut.

Arah masa depan

“Mengingat besarnya investasi yang dimasukkan ke dalam proyek ini, penting untuk menyajikan hasilnya sedemikian rupa sehingga orang lain kini dapat mengambil manfaat darinya,” kata kolaborator Google Research, Viren Jain.

Selanjutnya tim akan membahas pembentukan hipokampus tikus, yang penting bagi ilmu saraf karena perannya dalam memori dan penyakit neurologis.

Referensi: “Sebuah fragmen petavoxel dari korteks serebral manusia yang direkonstruksi di skala nano resolusi” oleh Alexander Shapson-Coe, Michael Januszewski, Daniel R. Berger, Art Pope, Yuelong Wu, Tim Blakely, Richard L. Schalek, Peter H. Li, Shuohong Wang, Jeremy Maitin-Shepard, Neha Karlupia, Sven Dorkenwald, Evelina Sjostedt, Laramie Leavitt, Dongil Lee, Jacob Troidl, Forrest Collman, Luke Bailey, Angerica Fitzmaurice, Rohin Kar, Benjamin Field, Hank Wu, Julian Wagner-Carena, David Aley, Joanna Lau, Zudi Lin, Donglai Wei, Hanspeter Pfister, Adi Peleg, Viren Jain dan Jeff W. Lichtman, 10 Mei 2024, Sains.
DOI: 10.1126/science.adk4858

Related articles

Recent articles

spot_img