Ľudský mozog pripravený na detailný záber

Ľudský mozog pripravený na detailný záber

Výskumníci používajú špeciálny nástroj nazývaný mikrotóm na rezanie rezov z mozgu konzervovaného v parafínovom vosku na malé kúsky s hrúbkou 20 mikrometrov. Vedci rozrezali mozog na viac ako 7 400 takýchto častí. Každá vysoko poskladaná časť bola zafarbená na detekciu bunkových tiel. Obrázok s láskavým dovolením Amunts, Zilles, Evans et al.

Vo svojej knihe Oko mysle , neurovedec Oliver Sacks opisuje mozog ako „obrovsky komplikovaný orchester s tisíckami nástrojov, orchester, ktorý sa sám diriguje, s neustále sa meniacou partitúrou a repertoárom“.

Po desaťročia vedci študovali „orchester“ prostredníctvom neuroimagingových technológií, ako je MRI, a prostredníctvom veľkých spoluprác, ako je iniciatíva prezidenta Obamu pre mozog, aby lepšie pochopili anatómiu mozgu a jeho trápenia. Napriek týmto snahám však o tom trojkilovom orgáne v našich hlavách stále vieme veľmi málo. Napríklad výskumníci majú problém presne určiť, kde vznikajú rôzne ochorenia mozgu alebo kde začínajú alebo končia oblasti, ako je predná kôra.



Nový projekt nedávno ohlásený v časopise Veda , s názvom BigBrain, by nám mohol poskytnúť detail, ktorý potrebujeme na vyriešenie niektorých z týchto hlavolamov. BigBrain, ktorý bol vyvinutý ako súčasť Európskeho projektu mozgu, je doteraz najpodrobnejším trojrozmerným modelom mozgu. Jeho ultra vysoké rozlíšenie je najbližšie k tomu, ako sa vedci dostali k videniu mozgu na bunkovej úrovni.

Na vytvorenie modelu použili nemeckí a kanadskí vedci najskôr zariadenie podobné krájaču šunky nazývané mikrotom, aby rozdelili zdravý mozog zosnulej 65-ročnej ženy na 7404 sekcií. Každý plátok, tenký ako list Saran Wrap, má rozlíšenie 20 mikrometrov alebo 50-násobok rozlíšenia MRI. Vedci potom zafarbili a naskenovali tieto časti do počítača, ktorý ich zostavil do komplexného atlasu, ktorý obsahuje rôzne zložky mozgu vrátane mozočka a odhaľuje štruktúry, ako sú bunkové telá neurónov. Podľa autorky štúdie Katrin Amuntsovej, neuroanatomičky z Výskumného centra Jülich v Nemecku, sekcie predstavujú viac ako terabajt údajov, čo je viac ako 125 000-násobok údajov získaných z MRI.

Obrázok s láskavým dovolením Amunts, Zilles, Evans et al.

Tento nový atlas je obrovským vylepšením prvej komplexnej mapy mozgu na svete, ktorú v roku 1909 predstavil nemecký anatóm Korbinian Brodmann. Jeho mapa, známa ako Brodmannove oblasti, rozdelila mozog na 52 oblastí. „V týchto tradičných mozgových mapách existoval predpoklad, že ‚Región 1‘ hovoril s ‚Regiónom 8‘, ale ich interakcie nebolo možné vysvetliť,“ povedal Alan Evans z Montrealského neurologického inštitútu McGill University. 'Snažíme sa reprodukovať Brodmannovu prácu, aby sme mohli vidieť podrobnejšie, aké sú spojenia a vzťahy medzi týmito regiónmi.'

Evans očakáva, že BigBrain môže viesť k veľkým zlepšeniam v medicíne. Chirurg by napríklad mohol potenciálne vytiahnuť časť atlasu, aby viedol jej rezy a zabránil poškodeniu akýchkoľvek kritických oblastí. Lekári budú tiež môcť porovnať snímky BigBrain s vysokým rozlíšením s obrázkami chorých mozgov, hovorí Stuart Lipton, neurológ z Sanford-Burnham Medical Research Institute v Kalifornii. Potom môžu lepšie pochopiť, aké spojenia sú narušené v mozgu so stavom, ako je Alzheimerova choroba alebo autizmus.

Iní vedci pracujúci na výskume mapovania mozgu sa tešia na to, že budú používať BigBrain aj na informovanie svojej práce. Daniel Marcus, riaditeľ Neuroinformatics Research Group na Washingtonskej univerzite, prispieva informáciami do projektu Human Connectome Project, ktorý sa venuje rozširovaniu vedomostí o ochoreniach mozgu a duševných poruchách. Hovorí, že ultra vysoké rozlíšenie BigBrainu by bolo užitočné pri kontrole presnosti údajov, ktoré dostáva zo štúdií MRI.

Marcus však poznamenáva, že pri štúdiu určitých chorôb, ako je demencia, ktorá časom mení mozog, môže mať väčší zmysel použiť MRI namiesto atlasu s vysokým rozlíšením založeného na mozgu jednej osoby. Navyše, „je to posmrtný mozog,“ hovorí, „takže v skutočnosti nevidíme, ako funguje a ako sa choroby časom vyvíjajú. MRI je medzitým neinvazívna a dokáže sledovať zmeny.

BigBrain tiež doplní ďalšie mapovacie úsilie s názvom Allen Human Brain Atlas, ktoré sa viac zameriava na identifikáciu génovej expresie v mozgu pre projekt Human Genome Project. Allen Institute, kde je projekt založený, používa aj posmrtné mozgy, ktoré sú rozdelené do sekcií, ktoré bežia vo vyššom rozlíšení ako obrázky MRI, aj keď nie tak vysoko ako BigBrain's.

„BigBrain nám umožní dozvedieť sa viac o stavbe mozgu,“ hovorí Mike Hawrylycz z Allen Institute. 'Model bude mať dôležité aplikácie, keď budú definované a označené hranice medzi oblasťami v kôre a subkortexe.'

Výskumníci pracujúci na projekte BigBrain plánujú rozdeliť viac mozgov, aby získali lepší zmysel pre to, ako vyzerá zdravý na mikroskopickej úrovni. Nakoniec chcú dosiahnuť ešte vyššie rozlíšenie dva mikróny. Zatiaľ čo nástroje na rezanie tenkých častí sú k dispozícii, hovorí Evans, ďalším krokom je nájdenie počítača, ktorý pojme všetky údaje spojené s takýmito detailmi.