Rekonstruksi 3D terbesar dari fragmen otak manusia telah dibuat

Satu milimeter kubik jaringan otak mungkin tidak tampak banyak. Namun, jika Anda mempertimbangkan bahwa kotak kecil itu berisi 57.000 sel, 230 milimeter pembuluh darah, dan 150 juta sinapsis, dengan total 1.400 terabita data, para peneliti Harvard dan Google telah membuat kemajuan besar.

Sebuah tim Harvard yang dipimpin oleh Jeff Lichtman, Profesor Jeremy R. Knowles di bidang Biologi Molekuler dan Seluler serta dekan Fakultas Sains yang baru diangkat, dan para peneliti Google telah menciptakan rekonstruksi 3-D otak manusia terbesar hingga saat ini di tingkat sinaptik, yang menunjukkan secara rinci setiap sel dan jaringan koneksi sarafnya di bagian korteks temporal manusia seukuran setengah butir beras.

Pencapaian tersebut, yang dipublikasikan dalam jurnal Science, merupakan pencapaian terbaru dalam kolaborasi selama hampir satu dekade dengan para ilmuwan di Google Research yang menggabungkan mikroskopi elektron Lichtman dengan algoritma AI untuk memberi kode warna dan merekonstruksi jaringan saraf mamalia yang sangat rumit. Ketiga penulis pertama makalah tersebut adalah mantan postdoc Harvard Alexander Shapson-Ko, Michal Januszewski dari Google Research, dan postdoc Harvard Daniel Berger.

Tujuan akhir dari kolaborasi ini, yang didukung oleh Inisiatif BRAIN dari Institut Kesehatan Nasional, adalah untuk membuat peta konektivitas saraf beresolusi tinggi di seluruh otak tikus, yang memerlukan sekitar 1.000 kali lebih banyak data daripada yang mereka peroleh dari satu milimeter kubik korteks manusia.

Kata "fragmen" itu ironis. Satu terabyte adalah jumlah yang sangat besar bagi kebanyakan orang, tetapi satu fragmen otak manusia - hanya bagian yang sangat kecil dari otak manusia - tetap saja ribuan terabyte."

Jeff Lichtman, Profesor Biologi Molekuler dan Seluler Jeremy R. Knowles

Peta terbaru dalam Science berisi rincian struktur otak yang belum pernah terlihat sebelumnya, termasuk jaringan akson yang jarang tetapi kuat yang dihubungkan oleh hingga 50 sinapsis. Tim tersebut juga mencatat beberapa keanehan dalam jaringan tersebut, seperti sejumlah kecil akson yang membentuk spiral yang luas. Karena sampel mereka diambil dari pasien penderita epilepsi, mereka tidak yakin apakah formasi yang tidak biasa tersebut bersifat patologis atau hanya langka.

Bidang penelitian Lichtman adalah "konektomika," yang, seperti genomika, berupaya membuat katalog lengkap struktur otak hingga ke sel-sel dan koneksi individual. Peta lengkap seperti itu akan menerangi jalan menuju pemahaman baru tentang fungsi dan penyakit otak yang masih sangat sedikit diketahui para ilmuwan.

Algoritme AI canggih Google dapat merekonstruksi dan memetakan jaringan otak dalam tiga dimensi. Tim tersebut juga telah mengembangkan seperangkat alat yang tersedia untuk umum yang dapat digunakan peneliti untuk mengeksplorasi dan memberi anotasi pada konektom.

"Mengingat besarnya investasi yang digelontorkan untuk proyek ini, penting untuk menyajikan hasilnya dengan cara yang memungkinkan orang lain memperoleh manfaat darinya," kata rekan Peneliti Google, Viren Jain.

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