Новый цифровой ресурс поможет ученым исследовать анатомию человеческого мозга в трех измерениях с невиданными ранее подробностями: это BigBrain, трехмерная «карта» мозга, созданная в рамках проекта ЕС «Мозг человека», сообщает MIT Technology Review.
Ученые во главе с Катрин Амунтс (Katrin Amunts) из Юлихского исследовательского центра и Дюссельдорфского университета им. Г. Гейне сначала просканировали мозг недавно умершей от естественных причин здоровой шестидесятипятилетней женщины – путем магнитно-резонансной томографии, потом погрузили его в парафиновый воск и разрезали на 7500 тонких «ломтиков», толщиной всего 20 микрометров. Каждый «ломтик» был выложен на специальную пластинку и оцифрован с помощью планшетного сканера.
Алан Эванс (Alan Evans), профессор Монреальского неврологического института при Университете МакГилла, ведущий автор исследования, рассказал, что потом его коллегам пришлось «справиться с задачей объединения 7500 клочков пленки для заворачивания продуктов» в трехмерный цифровой объект. На многих «ломтиках» и имелись небольшие трещины, разрывы и деформации, так что ученым пришлось вручную исправлять картинки, очищая их от главных «шрамов». С второстепенными разобралась специальная программа. Руководствуясь изображениями, полученными в результате МРТ и известными связями между соседствующими областями, они расположили все оцифрованные фрагменты мозга в «бесшовный» трехмерный объект, «вес» которого – один терабайт.
Как сообщает Эванс, существующие трехмерные атласы анатомии мозга человека обычно ограничиваются небольшим разрешением МРТ-изображний – около миллиметра. Атлас же BigBrain позволяет детализацию изображения до 20 микрометров во всех трех измерениях. Этого недостаточно для анализа индивидуальных клеток, но, тем не менее, можно различить различные слои клеток и их организацию в мозге.
Джошуа Сэйнс (Joshua Sanes), нейрофизиолог из Гарвардского университета, утверждает, что BigBrain еще на один шаг приблизил нас к мечте ученых – рассмотреть мозг человека «с тем же разрешением, в котором мы смотрим на мозг мышей и мух». Но атлас являет собой лишь техническое достижение, он не способен дать ответы на вопросы об активности или функциях мозга, или о связях между нейронами. Наконец, атлас создан на основе одного-единственного мозга и не учитывает разнообразие устройства этого органа у людей.
{youtube}Apf0EPy3o-o{/youtube}
Но для науки атлас всё же не бесполезен. Обе крупнейшие мировые программы изучения мозга человека (европейская и американская) стремятся объединить различные виды данных о структуре и функциях мозга, и на их основе выстроить компьютерные модели, для изучения, например, развития сознания в раннем возрасте или неврологических нарушений. Для успеха таких проектов нужно подробное изображение анатомии мозга – в качестве платформы, на которую можно помещать новую информацию. «BigBrain – это корабль-носитель», – говорит Эванс.
Авторы атласа собираются в дальнейшем изучить экспрессию генов и распределение нейромедиаторов в мозге, а также сравнить существующую модель с другими образцами мозга (для изучения пределов вариативности структурных черт мозга).
Данные исследования опубликованы в журнале Science.