ヒトの脳の断片を3Dで復元したものとしては最大規模

1立方ミリメートルの脳組織は、大したことではないように思えるかもしれません。しかし、その小さな四角の中に57,000個の細胞、230ミリメートルの血管、そして1億5,000万個のシナプス、そして合計1,400テラバイトのデータが含まれていることを考えると、ハーバード大学とGoogleの研究者たちは大きな進歩を遂げたと言えるでしょう。

ハーバード大学のジェレミー・R・ノウルズ分子細胞生物学教授で、理学部の新学部長であるジェフ・リヒトマン氏が率いるチームとグーグルの研究者らが、シナプスレベルでこれまでで最大の人間の脳の3D再構成物を作成した。この再構成物は、米粒半分ほどの大きさの人間の側頭皮質にあるすべての細胞と神経接続のネットワークを鮮明な詳細で示している。

サイエンス誌に掲載されたこの成果は、Google Researchの科学者との約10年にわたる共同研究における最新の成果であり、リヒトマン電子顕微鏡とAIアルゴリズムを組み合わせ、哺乳類の非常に複雑な神経回路を色分けして再構築するものです。論文の共同筆頭著者は、ハーバード大学元ポスドクのアレクサンダー・シャプソン＝コー氏、Google Researchのミハル・ヤヌシェフスキー氏、そしてハーバード大学ポスドクのダニエル・バーガー氏の3名です。

国立衛生研究所のBRAINイニシアチブの支援を受けているこの共同研究の最終目標は、マウスの脳全体の神経接続の高解像度マップを作成することであり、そのためには、人間の皮質1立方ミリメートルから得られたデータの約1,000倍のデータが必要になる。

「断片」という言葉には皮肉が込められています。1テラバイトはほとんどの人にとって膨大な量ですが、人間の脳の断片、ほんのごく一部であっても、数千テラバイトにもなります。

ジェフ・リヒトマン、ジェレミー・R・ノウルズ分子細胞生物学教授

Science誌に掲載された最新の脳構造地図には、これまで観察されていなかった脳構造の詳細が示されています。例えば、最大50個のシナプスで繋がれた、疎らながらも強力な軸索ネットワークが存在します。研究チームはまた、少数の軸索が広範囲に螺旋状に伸びているなど、組織にいくつかの特異性があることにも注目しました。今回のサンプルはてんかん患者から採取されたため、このような異常な構造が病的なものなのか、それとも単に稀な現象なのかは不明です。

リヒトマン氏の研究分野は「コネクトミクス」です。これはゲノミクスと同様に、個々の細胞や接続に至るまで脳構造の完全なカタログを作成することを目指しています。このような完全な地図は、科学者がまだほとんど解明していない脳機能や疾患に対する新たな理解への道筋を照らすでしょう。

Googleの最先端AIアルゴリズムは、脳組織を3次元的に再構築し、マッピングすることができます。また、研究チームは、研究者がコネクトームを探索し、注釈を付けるために使用できる公開ツールセットも開発しました。

「このプロジェクトに投入された巨額の投資を考慮すると、その結果を他の人も恩恵を受けられるような形で提示することが重要だった」とグーグル研究員のヴィレン・ジェイン氏は語った。

次に研究チームは、記憶や神経疾患における役割から神経科学にとって重要なマウスの海馬の領域をターゲットにする予定だ。