«Это казалось невозможным»: ученые построили 3D-карту одного миллиметра мозга

На создание этой карты ушло почти десять лет — и более 1,6 петабайта данных

«Это казалось невозможным»: ученые построили 3D-карту одного миллиметра мозга

Photo by Allen Institute

Кубический миллиметр — это меньше рисового зернышка, но в мозге такое пространство вмещает десятки тысяч нейронов и сотни миллионов связей между ними. Изучать подобные фрагменты — все равно что разбирать спутанную сеть из миллиардов проводов, каждый из которых еще и передает сигналы в реальном времени. До недавнего времени это было попросту невозможно.

Теперь возможно. Американские ученые завершили крупнейший на сегодня проект в области коннектомики — MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks). Им удалось зафиксировать и структуру, и активность нейронов в зрительной коре мозга мыши на участке объемом всего один кубический миллиметр. Это первый случай, когда нейроны на таком масштабе были не только визуализированы, но и описаны функционально по тому, как они реагировали на стимулы.

Как устроена эта карта

Сначала мышам показывали короткие видео: пейзажи, объекты, движения. Ученые фиксировали реакцию нейронов в зрительной коре. Затем нужный участок мозга был стабилизирован, нарезан на 28 тысяч срезов и просканирован с микроскопической точностью. Чтобы распознать форму и соединения каждого нейрона, исследователи применили алгоритмы машинного обучения: они определяли, где проходит отросток, где находится синапс, а где заканчивается дендрит. 

Проект длился почти десять лет и объединил усилия десятков лабораторий. В результате получился массив данных объемом 1,6 петабайта — это примерно 22 года видео в HD. Он включает более 200 тысяч клеток и 523 миллиона связей.

Часть нейронов, которые были нанесены на карту в одном кубическом миллиметре мозга мыши. Видео: Nature.
Часть нейронов, которые были нанесены на карту в одном кубическом миллиметре мозга мыши. Видео: Nature.

Ученые не просто перечислили, что с чем связано. Они сопоставили анатомию с поведением клеток и выявили закономерности: например, тормозящие нейроны соединяются только с определенными типами, а клетки с похожими функциями формируют стабильные связанные группы. Впервые были получены доказательства, что структура мозга не просто хаотична, а следует определенным wiring rules — правилам прокладки связей. 

Одно из главных открытий — нейроны, выполняющие схожие функции, действительно чаще связаны между собой и эта связь не объясняется лишь физической близостью. Выявлены и более сложные закономерности, в том числе специфические паттерны тормозящих связей, — например, у так называемых клеток-шандельеров, чьи отростки напоминают люстру.

Параллельно был создан движок CAVE (Connectome Annotation Versioning Engine) — система, которая позволяет отслеживать любые изменения и правки в таком гигантском наборе данных. Это как GitHub, но для мозга: если сто человек параллельно размечают миллион связей, нужно, чтобы они не мешали друг другу и не теряли важную информацию. 

Зачем это нужно

Исследователи создали цифрового двойника этого участка мозга. Его можно использовать для тестирования гипотез о работе коры, предсказаний реакции на стимулы, планирования экспериментов. Это шаг к более точным и индивидуальным подходам к лечению психоневрологических расстройств: можно изучать, как конкретные клеточные цепи участвуют, например, в удержании внимания или подавлении ненужной информации.

Теперь команда планирует перейти к следующей цели —  оцифровать весь мозг мыши. Это примерно в тысячу раз больше нынешнего объема. Даже с сегодняшними методами на это уйдет не меньше десяти лет. Для человеческого мозга, который еще в тысячу раз больше, такие проекты пока невозможны даже теоретически.

Тем не менее проект MICrONS стал примером того, что даже «невозможные» задачи — всего лишь вопрос времени и технологий.

Что почитать по теме. Рассказывали про 9 неожиданных фактов о мозге — от его любви к экономии до способности предсказывать будущее и «моделировать» усталость.

Вы уже оценили материал
Продолжайте читать
SPECIAL
25 августа, 2026

Мозг и тело. Как стресс маскируется под болезни

Рассказывают врачи Европейского медицинского центра

Рассказывают врачи Европейского медицинского центра

Мозг и тело. Как стресс маскируется под болезни
ЗОЖ
9 октября, 2026

10 базовых упражнений: тренировка на все тело для военных, которую любит актриса Хеллен Миррен

Комплекс занимает всего 12 минут, но выполнить его не так просто

Комплекс занимает всего 12 минут, но выполнить его не так просто

10 базовых упражнений: тренировка на все тело для военных, которую любит актриса Хеллен Миррен
Фан
8 октября, 2026
Новое

Джоан Роулинг выпустит две новые книги о мире Гарри Поттера в феврале 2027 года

В центре новых выпусков — профессор Макгонагалл и близнецы Фред и Джордж Уизли

В центре новых выпусков — профессор Макгонагалл и близнецы Фред и Джордж Уизли

Джоан Роулинг выпустит две новые книги о мире Гарри Поттера в феврале 2027 года