Мозг 65-летней женщины был разрезан на 7400 кусочков, чтобы создать самый подробный в мире трехмерный атлас человеческого мозга и продвинуть исследователей на шаг ближе к обратному проектированию его витиеватых схем.
«Атласы» мозга являются ключевыми инструментами исследователей и врачей для определения того, какие зоны «загораются» в ходе мыслительного процесса, выполнения человеком определенного задания или хирургии под визуализационным контролем. Чем выше разрешение такого атласа, тем лучше врачи могут работать с самыми маленькими частями мозга и их индивидуальными функциями.
Создатели атласа – специалисты из Канады и Германии – предоставили модель ультравысокого разрешения, в 50 раз более подробной, чем обыкновенный скан – в бесплатном интернет-формате. Они также опубликовали результаты своей работы в четверговом номере журнала Science (Наука).
Атлас, получивший название BigBrain (Большой мозг), создает общую платформу для открытой всемирной научной дискуссии о мозге, говорит один из его создателей Карл Зиллес (Karl Zilles) из университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе.
Зиллес рассказал о новом способе лечения болезни Паркинсона — глубокой стимуляции головного мозга, когда через электроды, имплантированные в определенные точки мозга, отправляются электрические импульсы. Он отметил, что BigBrain, возможно, откроет двери к более точной локализации мест имплантации электродов и сделает этот метод более эффективным.
После того, как тысячи похожих на целлофан кусочков были окрашены и оцифрованы, карта с разрешением практически на уровне клеток продемонстрировала целую систему уровней, волокон и микросхем мозга женщины.
Хоть мозг человека и отличается в зависимости от возраста и личностных особенностей, в целом у него одинаковая анатомия и система распределения структур, говорит один из создателей атласа Алан Эйванс (Alan Evans) из Института нейрохирургии Университета Макгилла в Монреале. Существуют «незначительные различия в форме» среди разных людей, однако все атласы начинаются с одного мозга-«модели» и затем уже развиваются далее.
Больше всего группа ученых была ограничена в возможностях и мощности обработки данных. Чтобы составить карту человеческого мозга с пространственным разрешением в один микрометр – что было ранее сделано с мозгом мыши – потребовалась бы 21 тысяча терабайт данных, а это фактически сделало бы навигацию в проекте невозможной. По сравнению с этим BigBrain с его разрешением в 20 микрометров состоит примерно из одного терабайта информации. Предыдущие основанные на магнитно-резонансной томографии атласы имели разрешение в 1 миллиметр.
Ричард Ли (Richard Leigh), невролог из университета Джона Хопкинса, говорит, что надеется на «тест-драйв» проекта BigBrain в своем исследовании, посвященном восстановлению после инсульта. С возможностью отслеживания микроскопических деталей Ли сможет увидеть, какие группы нейронов прорастают в ходе процесса восстановления после инсульта. Раньше ему было доступно лишь размытое изображение.
В среду Эйванс находился в Сиэтле, работая вместе с Институом Аллена по исследованиям мозга. Созданный одним из основателей Microsoft Полом Алленом (Paul Allen), который передал учреждению 500 миллионов долларов с момента его образования в 2003году, институт также создал свой – хотя менее подробный – атлас мозга.
BigBrain – это часть Проекта ЕС по человеческому мозгу, в рамках которого специалисты в сфере неврологии, медицины и компютерных наук собираются вместе, чтобы разгадать тайны мозга.
Президент Барак Обама в апреле заявил об инициативе создания карты человеческого мозга, описав ее как путь к лечению неврологических заболеваний и укреплению экономики.
Оригинал публикации: Scientists create high-resolution 3-D atlas of human brain