В беспрецедентном эксперименте команде ученых потребовался колоссальный объем памяти — 1,4 петабайта (1 400 ТБ) — всего лишь для цифровой реконструкции одного кубического миллиметра нашего мозга. Причем это были лишь сами изображения образца! Ученые из Гарвардского университета объединили усилия с экспертами Google AI, погрузившись в сферу нейровизуализации. Им удалось создать невероятно детализированное изображение и карту фрагмента мозговой ткани, не имеющие аналогов в истории науки. В процессе, благодаря применению передовых технологий, были также сделаны потрясающие открытия.
Масштабы эксперимента поражают воображение цифрами. Образец мозга величиной в 1 мм³ был разрезан на 5 000 тончайших пластин, толщина которых меньше человеческого волоса. И каждый такой срез фотографировали под электронным микроскопом, а затем объединяли полученные снимки, на которых можно увидеть примерно 50 000 клеток, а также 150 миллионов синапсов (место соединения двух нейронов). С целью корректно совместить изображения и «картировать» волокна и клетки, даже потребовалось задействовать функцию машинного обучения от Google.
Алгоритм машинного обучения отслеживал пути нейронов и других клеток. Иллюстрация: Д. Бергер/Google Research & Lichtman Lab (Гарвардский университет)
Синтетические изображения открыли ученым множество удивительных тайн нашего мозга, которые до этого были неизвестны науке. Отдельные кластеры клеток демонстрировали зеркальный рост, один нейрон имел свыше 5 000 связей, а отдельные аксоны (отростки для передачи сигналов) были плотно закручены в форме клубочков, что стало необъяснимым сюрпризом для исследователей. Данные и многие другие находки очень вдохновили исследователей.
Образец, размером 1 кубический миллиметр, был взят из мозга 45-летней женщины, которая перенесла операцию. Фотография: Google
«В этих данных наша команда обнаружила множество фактов, отсутствующих в современных учебниках, — поделился в интервью изданию The Guardian один из исследователей, профессор Гарвардского университета Джефф Лихтман, — Нам пока не понятно значение этих явлений, но одно я могу сказать точно: они четко демонстрируют ту громадную пропасть между нашими текущими знаниями о мозге и всем тем, что нам только предстоит узнать».
Объем полученных данных о крошечном образце мозговой ткани действительно громаден. Кубический миллиметр — это всего одна миллионная часть нашего мозга, но его оцифровка и подробная карта заняли внушительные 1,4 петабайта, или же 1,4 миллиона гигабайт. А если «картировать» весь мозг таким же методом, то это потребовало бы невероятных 1,6 зеттабайт памяти (1 600 000 000 000 ГБ = 1,6 триллиона ГБ).
Запись и хранение 1,6 ЗБ даже на самые бюджетные жесткие диски для потребителей (по $0,03 за ГБ) обошлись бы в астрономическую сумму $48 миллиардов — и это без учета стоимости самих серверов, сетевого оборудования, систем охлаждения и здания дата-центра. Если размещать все это на стандартных стойках по 1,8 ПБ, то только для хранения такого массива данных, полученного всего от одной полной оцифровки мозга, потребовалась бы площадь почти 57 гектаров при максимально компактной компоновке — больше, чем у крупнейших дата-центров планеты!
Исследователи предположили, что прочные связи между нейронами могут объяснять хорошо усвоенные формы поведения. Фотография: Д. Бергер/Google Research & Lichtman Lab (Гарвардский университет)
Все это свидетельствует о том, насколько человеческий мозг является невероятно плотной и «умной» структурой, созданной природой, и любая попытка его полной «картографии» была бы предельно дорогостоящей и возможно бессмысленной затеей. Ведь создание карт еще не гарантирует, что наши ученые смогут их адекватно интерпретировать – ведь даже маленький фрагмент «картированного» мозга создает у них массу вопросов и неподтвержденных теорий.
Тем не менее для изучения принципов работы мозга не требуется досконально знать о нем абсолютно все. Нашумевший Neuralink Илона Маска уже начал внедряться первым добровольцам, обещая революционным образом пролить свет на тайны нашего сознания!