کشف در دانه‌ای از مغز؛ نقشه‌برداری بی‌سابقه از ۵۲۳ میلیون سیناپس

در پروژه‌ای بی‌سابقه و بلندپروازانه، بیش از ۱۵۰ دانشمند از سراسر جهان موفق شدند نقشه‌ای کامل و سه‌بعدی از ساختار و عملکرد بخشی از مغز یک پستاندار را تهیه کنند؛ بخشی که اندازه‌ای کمتر از یک دانه شن دارد، اما حاوی بیش از ۵۲۳ میلیون سیناپس و ۲۰۰ هزار سلول عصبی است.

این دستاورد شگفت‌انگیز که در قالب پروژه MICrONS به ثمر رسید، از نظر مقیاس و تأثیر علمی، با پروژه ژنوم انسان مقایسه می‌شود و می‌تواند آغازگر انقلابی در علوم اعصاب و پزشکی باشد.

تحقق پیش‌بینی ناممکن: کدگشایی از سیم‌کشی مغز

فرانسیس کریک، زیست‌مولکولیست برجسته، در سال ۱۹۷۹ اعلام کرده بود تهیه نقشه‌ای دقیق از نحوه اتصال و فعالیت نورون‌ها در یک میلی‌متر مکعب از مغز غیرممکن است. اما اکنون، پس از هفت سال تلاش مداوم، پژوهشگران از دانشگاه‌ها و مؤسسات پیشرو جهان با استفاده از پیشرفته‌ترین فناوری‌های هوش مصنوعی، میکروسکوپ‌های الکترونی و تحلیل‌های حجیم داده موفق شدند این هدف را محقق کنند.

پروژه MICrONS: بزرگ‌ترین نقشه‌برداری عملکردی-ساختاری مغز

پروژه MICrONS که مخفف «هوش ماشینی از شبکه‌های قشری» است، با حمایت برنامه تحقیقات پیشرفته اطلاعاتی ایالات متحده (IARPA) و ابتکار مغز (BRAIN Initiative) به اجرا درآمد. نتایج این پروژه در تاریخ ۹ آوریل ۲۰۲۵ در قالب ۱۰ مقاله در مجموعه مجلات Nature منتشر شد و شامل یک پایگاه داده ۱.۶ پتابایتی از اتصالات مغزی است؛ معادل ۲۲ سال ویدیو با کیفیت HD. این اطلاعات از طریق پلتفرم MICrONS Explorer در دسترس قرار گرفته‌اند.

دیوید مارکویتز، مدیر سابق برنامه IARPA، این دستاورد را نقطه عطفی در علوم اعصاب دانست و آن را با پروژه ژنوم انسان از لحاظ تأثیرگذاری علمی هم‌تراز دانست: «این موفقیت نشان می‌دهد تمرکز بر اهداف بلندپروازانه و عبور از محدودیت‌های فناوری پیشین می‌تواند درک ما از هوش و مغز را دگرگون سازد.»

از فیلم دیدن موش تا بازسازی مغز

در آغاز پروژه، دانشمندان کالج پزشکی بیلور، فعالیت مغزی یک موش را هنگام تماشای فیلم‌های مختلف و کلیپ‌های یوتیوب ثبت کردند. سپس، محققان مؤسسه آلن، همان بخش از مغز را به بیش از ۲۵ هزار برش فوق‌نازک تقسیم کرده و با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی با وضوح بالا، از هر برش تصویربرداری کردند. در نهایت، تیم دانشگاه پرینستون با بهره‌گیری از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، تمامی این تصاویر را به یک نقشه سه‌بعدی از سلول‌ها و ارتباطات آنها تبدیل کرد.

نتیجه، بزرگ‌ترین نقشه ساختاری-عملکردی مغز تاکنون است: شامل بیش از ۲۰۰ هزار نورون، ۴ کیلومتر آکسون (شاخه‌هایی که پیام‌ها را منتقل می‌کنند) و بیش از ۵۲۳ میلیون سیناپس.

جنگلی شگفت‌انگیز از ارتباطات عصبی

کلی رید، یکی از پیشگامان حوزه کانکتومیکس با میکروسکوپ الکترونی و عضو مؤسسه آلن، این ساختار را به جنگلی شکوهمند تشبیه می‌کند: «درون این ذره کوچک، معماری پیچیده‌ای نهفته است. ما می‌توانیم نظریه‌های پیشین علوم اعصاب را بیازماییم و پدیده‌های کاملاً جدیدی را کشف کنیم که تاکنون دیده نشده‌اند.»

از یافته‌های جالب‌توجه این پروژه، کشف اصول جدید در نحوه عملکرد نورون‌های مهاری بود. برخلاف تصور قدیمی که آنها را به‌عنوان سلول‌هایی بازدارنده و عمومی می‌دانست، اکنون مشخص شده این نورون‌ها به‌صورت هدفمند و انتخابی، تنها برخی سلول‌های برانگیزشی خاص را مهار می‌کنند. برخی از آنها در هماهنگی با یکدیگر، شبکه‌ای منظم از مهار نورونی را شکل می‌دهند که سطحی پیچیده از سازماندهی در مغز را نشان می‌دهد.

دیدگاهی نو به مغز، حافظه و بیماری‌ها

آندریاس تولیاس، از پژوهشگران کلیدی پروژه در کالج پزشکی بیلور و دانشگاه استنفورد، تأکید می‌کند که MICrONS مبنایی برای ساخت مدل‌های پایه‌ای مغز فراهم می‌آورد که از سطح رفتاری تا سطح مولکولی را پوشش می‌دهد. این داده‌ها می‌توانند راهی تازه برای بررسی منشأ تفکر، حافظه و حتی اختلالاتی مانند آلزایمر، اوتیسم، پارکینسون و اسکیزوفرنی فراهم کنند

به گفته نونو دا کاستا از مؤسسه آلن: «اگر رادیویی خراب باشد و نقشه مدارش را داشته باشید، احتمال تعمیرش بیشتر است. ما اکنون نقشه‌ای مانند نقشه گوگل از مغز داریم که می‌تواند در آینده برای مقایسه مغز سالم با مغز بیمار به کار رود.»

همکاری علمی جهانی برای مغز

پروژه MICrONS با مشارکت نهادهایی، چون مؤسسه آلن، دانشگاه‌های پرینستون، استنفورد، هاروارد، و کالج پزشکی بیلور انجام شد و نمونه‌ای نادر از همکاری گسترده علمی در مقیاس بزرگ به شمار می‌رود.

فارست کالمن از مؤسسه آلن معتقد است: «تحقق چنین پروژه عظیمی نیازمند رویابینی، همکاری عمیق و تعهد به حل مسائلی است که در نگاه اول غیرقابل‌حل به نظر می‌رسند. پیشرفت علمی از دل همین چالش‌ها شکل می‌گیرد.»

جان نگی، مدیر ابتکار مغز (BRAIN Initiative) نیز افزود: «ساختار‌های پایه‌ای علم، مانند نحوه اتصال نورون‌ها، پیش‌نیاز درک عملکرد مغز، آسیب‌ها و اختلالات آن و توسعه درمان‌های مؤثر است.»

ترسیم نقشه ساختاری و عملکردی مغز از بخشی به اندازه یک دانه شن، نه‌تنها دستاوردی فناورانه است، بلکه گامی مهم در مسیر درک منشأ اندیشه، احساس و آگاهی انسان به شمار می‌رود؛ هدفی که زمانی «غیرممکن» خوانده می‌شد، اما اکنون یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر شده است.

انتهای پیام/