Регби
Регби

22.06.2013 | Наука

Cоздана самая детальная трехмерная карта человеческого мозга

Головной мозг — невероятно сложная и многоуровневая структура. Недавно учёные создали трёхмерную карту важнейшего органа человеческого тела, которую назвали BigBrain.

Атлас содержит мельчайшие детали мозга, которые запечатлены в самом высоком разрешении. Исследователи утверждают, что их работа поможет подробно разобраться в том, как функционируют и взаимодействуют различные отделы нашего мозга. Более того, карте найдётся и практическое применение в нейрохирургии: медикам необходимо знать все подробности, прежде чем вживлять в мозг электроды и другие устройства.

Составление карты человеческого мозга — давняя цель нейробиологии. Ранее учёные уже предпринимали шаги в этом направлении, создавая модель мышиного мозга, а также электронный атлас мозга человека, но такой высокой чёткостью, как последняя карта, предыдущие исследования не отличались.

Трудность в моделировании мозга состоит прежде всего в том, что он является одновременно хрупкой и очень сложной структурой. Другим препятствием также являлись гофры и складки, покрывающие поверхность мозга. Нарезка его на слои подразумевает создание двухмерных объектов, и потому не всегда понятно, как функционируют клетки в складках трёхмерно объекта.

Проект по созданию атласа BigBrain Катрин Амунтс (Katrin Amunts) из Исследовательского центра Юлиха (Jülich Research Centre) и её коллеги из Германии и Канады запустили ещё в 2003 году.

Для этого они выбрали мозг 65-летней женщины, не проявлявшей при жизни никаких признаков психических заболеваний. Были исключены и другие факторы, которые могли повлиять на анатомию мозга. На протяжении нескольких месяцев орган "мариновали" в растворе формалина, а затем поместили в жидкий парафин.

После этого мозг нарезали при помощи микротома на более чем 7400 слоёв, ширина каждого из которых не превышала 20 микрометров (пятая часть ширины человеческого волоса). Отметим, что, как правило, мозг для исследований нарезается на гораздо более толстые слои, ширина которых составляет один миллиметр. Затем учёные сделали цифровые снимки слоёв с разрешением в 13 тысяч на 11 тысяч пикселей.

Следующими этапами было изучение каждого слоя с помощью микроскопа и воссоздание трёхмерной структуры мозга из полученных изображений. Этот процесс занял у исследователей более 1000 часов работы на сверхмощном компьютере. Даже если какой-то слой был срезан под углом, компьютерная программа вычисляла изначальную трёхмерную форму правильно, ориентируясь на высокое разрешение снимков.

Как сообщается в пресс-релизе, качество полученной 3D-модели в 50 раз превышало качество предыдущих аналогов, созданных при помощи магнитно-резонансной томографии. Такая карта позволит исследовать функции мозга на клеточном уровне, хотя на ней и не видны абсолютно все межклеточные соединения и нейронные связи.

Так или иначе, проект BigBrain станет крайне полезным для фундаментальной науки и медицины. "К примеру, карту можно использовать при проведении магнитно-резонансной томографии пациенту, который перенёс серьёзную черепно-мозговую травму. Атлас поможет определить, какие именно участки пострадали и требуют лечения", — предлагает Дамьен Галано (Damien Galanaud), нейробиолог из больницы Питье-Сальпетриер в Париже, который не принимал участия в исследовании. Галано занимается изучение последствий черепно-мозговых травм.

Впрочем, карта проекта BigBrain, конечно же, не универсальна, есть у неё и недостатки. "Помимо того, что ещё на этапе нарезания мозга на слои могли быть допущены ошибки, необходимо учитывать, что структура головного мозга у каждого человека индивидуальна и эти погрешности необходимо принимать во внимание. Я считаю, что необходимо объединить данные этого проекта с результатами предыдущих, менее качественных изысканий для создания более универсальной карты человеческого мозга", — говорит нейробиолог Джон Мацциотта (John Mazziotta) из Калифорнийского университета, который не принимал участия в проекте BigBrain.

Хорошо дополнить данные, полученные Амунтс и её командой, может другой уникальный проект по исследованию мозга — CLARITY. В ходе исследований, проведенных в апреле 2013 года, учёные удалили все липидные оболочки органа и получили полностью прозрачный мозг, изучение которого в дальнейшем стало намного проще.

Добавим, что команда Амунтс понимает важность индивидуальных особенностей структуры мозга и потому нацелена на проведение дальнейшего изучения этого органа. Учёные планируют создать аналогичную модель мозга мужчины и более молодой женщины, чтобы выявить половые и возрастные отличия.

Уоррен Селмен (Warren Selman), председатель факультета нейрохирургии Университетского госпиталя в Кливленде, считает, что ещё одним недостатком атласа BigBrain является тот факт, что он составлен на основе мозга умершего человека. В данном случае невозможно проследить за самым интересным процессом — функционированием и взаимодействиями нейронов. Селмен отмечает, что BigBrain является отличной базой данных, но требует дополнений, чтобы получить полноценные представления о важнейшем органе человеческого тела.

Статью, описывающую работу над проектом и полученные результаты, можно прочитать в журнале Science.

Вести.Ru

Фотогармошка 300х250
Аккерманская крепость
Адвокат