جزئیات حیرت‌انگیز در یک میلی‌متر مکعب؛ دانشمندان بزرگ‌ترین نقشه مغز یک پستاندار را ساختند

در سال ۱۹۷۹، فرانسیس کریک، یکی از بزرگ‌ترین دانشمندان قرن بیستم و از کاشفان ساختار دی‌ان‌ای، جمله‌ای گفت که تا‌به‌امروز در محافل علوم اعصاب تکرار می‌شود: «درخواست برای انجام کار غیرممکن، بی‌فایده است.» او در آن زمان باور داشت که حتی مطالعه‌ی فقط یک میلی‌متر مکعب از مغز انسان آن‌قدر پیچیده و پر جزئیات است که بعید به‌نظر می‌آید هیچ‌گاه بتوان آن را به‌طور کامل درک کرد. اما اکنون، بیش از چهل سال بعد، دانشمندان به همان بخش کوچک و درک‌ناپذیر از مغز حمله کرده و پیروزی شگفت‌انگیزی به‌دست آورده‌اند.

دانشمندان پروژه‌ی مغز آمریکا، در یکی از بزرگ‌ترین و دقیق‌ترین نقشه‌برداری‌های تاریخ، موفق شدند اتصال‌های عصبی بیش از ۲۰۰ هزار نورون را در بخشی از مغز یک موش بازسازی کنند. این بخش فقط یک میلی‌متر مکعب حجم دارد، اما چیزی در حدود نیم تریلیون اتصال سیناپسی را در خود جای داده است. این دستاورد، گامی بزرگ به‌سوی شناخت ساختار مغز و نحوه‌ی پردازش اطلاعات در سیستم عصبی محسوب می‌شود؛ پیشرفتی که می‌تواند تحولی اساسی در علوم اعصاب، هوش مصنوعی و حتی درمان بیماری‌های روانی رقم بزند.

فارست کالمن از مؤسسه‌ی علوم مغز آلن در سیاتل، می‌گوید: «رفتارهای ما در نهایت از فعالیت مغزی سرچشمه می‌گیرند و بافت مغز در میان پستانداران، شباهت‌های بنیادینی دارد. به همین دلیل، یافته‌های حاصل از مطالعه‌ی مغز موش می‌توانند درک بهتری از عملکرد مغز انسان فراهم کنند.»

تحقق دستاوردی که فرانسیس کریک آن را «غیرممکن» دانسته بود، حاصل هفت سال تلاش پیوسته و همکاری ۱۵۰ پژوهشگر از سه مؤسسه است. پروژه از جایی آغاز شد که گروهی از پژوهشگران، فعالیت نورونی بخشی بسیار کوچک از قشر بینایی موش را در زمان تماشای فیلم و ویدئوهای یوتیوب، ثبت کردند.

به‌دنبال ثبت داده‌های اولیه، گروه دوم مغز موش را به لایه‌هایی بسیار نازک‌تر از موی انسان تقسیم کرد و از هر لایه تصویربرداری انجام داد. این فرایند بسیار حساس در طول ۱۲ شبانه‌روز و بدون توقف ادامه یافت. نونو دا کوستا از مؤسسه‌ی آلن توضیح می‌دهد که در این مدت، نزدیک به ۳۰ هزار لایه از یک مکعب با حجم یک میلی‌متر تهیه شد.

ادغام داده‌های عملکردی با نقشه‌ی نهایی، این امکان را فراهم کرد که فعالیت مغزی موش هنگام تماشای ویدئوها با ساختارهای عصبی مرتبط شناسایی شود. با وجود اندازه‌ی بسیار کوچک این بخش از مغز، بیش از ۲۰۰ هزار نورون، چهار کیلومتر شاخه‌ی عصبی و بیش از ۵۰۰ میلیون سیناپس در آن شناسایی و به خلق تصویری حیرت‌انگیز از پیچیدگی مغز منجر شد.

یکی از نتایج جالب نقشه‌برداری، کشف نوعی از سلول‌های مهاری به‌نام «سلول‌های مارتینوتی» بود. این سلول‌ها برخلاف انتظار، فقط به گروه خاصی از نورون‌ها متصل بودند، آن‌هم نه به‌صورت تصادفی. چنین الگویی نشان می‌دهد که مغز ساختاری بسیار سازمان‌یافته‌تر از آن دارد که پیش‌تر تصور می‌شد. پژوهشگران معتقدند این ساختار هدفمند می‌تواند به شناسایی «قوانین سیم‌کشی» مغز منجر شود که شاید شبیه قوانین فیزیکی، امکان پیش‌بینی و مدل‌سازی را داشته باشند.