3D-kaart van minuscuul stukje hersenen gemaakt: 1400 terabyte aan data

Onderzoekers van de universiteit van Harvard hebben in samenwerking met Google de meest gedetailleerde 3D-reconstructie van een stukje van het menselijk brein ooit gemaakt. Het is een belangrijke stap in het onderzoek naar de structuur van de hersenen en de verbindingen tussen hersencellen.

De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science. De onderzoekers brachten driedimensionaal een kubieke millimeter hersenweefsel in kaart van de temporale cortex, een deel van het brein dat een belangrijke rol speelt bij de vorming van het geheugen.

Hoewel een kubieke millimeter weinig lijkt, omvat alleen al dat stukje een verbijsterende hoeveelheid gegevens. "Het woord fragment is bijna ironisch in dit verband", zegt Jeff Lichtman, een van de onderzoekers. "Een terabyte is voor veel mensen gigantisch. Een fragment van het menselijk brein, zelfs een piepklein deel, is al goed voor duizenden terabytes."

Muizenbrein

De 3D-kaart van dit onderzochte stukje brein bevat zo'n 57.000 hersencellen, 230 millimeter aan bloedvaten en 150 miljoen synapsen (waar hersencellen contact met elkaar maken). Dat komt bij elkaar neer op 1400 terabyte aan data, zeggen de samenstellers. Hun uiteindelijk doel is een 3D-kaart te maken met hoge resolutie van het brein van een muis. Dat model zal duizend keer meer data bevatten dan het stukje hersenen dat nu driedimensionaal in kaart is gebracht.

Bij het reconstrueren van de kubieke millimeter hersenschors werd gebruik gemaakt van een minuscuul fragment uit de hersenen van een epilepsiepatiënt die een operatie onderging. Dat materiaal werd met een elektronenmicroscoop gefotografeerd, wat resulteerde in duizenden plaatjes. Daarmee is, met behulp van geavanceerde AI-algoritmes van Google, de driedimensionale kaart samengesteld. Voorbeelden van de 3D-weergave, onderverdeeld in verschillende thema's, zijn hier te vinden.

Volgens de onderzoekers zal de nieuwe methode om hersenen in kaart te brengen, helpen bij het onderzoek naar de werking van het menselijk brein en hersenaandoeningen. Bij het in kaart brengen van het muizenbrein willen ze allereerst een digitale weergave maken van de hippocampus. Dat gebied speelt een rol bij het geheugen en neurologische aandoeningen zoals dementie.