Уникальная карта мозга позволит лечить тяжелые заболевания
Ученые из исследовательского центра Юлиха, Монреальского неврологического института и Стэнфордского университета создали уникальную карту человеческого мозга Big Brain, показывающую его детализированную структуру с точностью до 20 микрометров. Такой анатомический атлас значительно упростит работу неврологов и нейрохирургов, поможет лечить тяжелые заболевания, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера, предоставит возможность увидеть, как мозг обрабатывает эмоции, восприятие информации и языковую деятельность. Кроме того, карта мозга ускорит развитие искусственного интеллекта и технологии "мозг-компьютер", приведет к появлению компьютерных чипов нового поколения. Разработка создана в рамках европейского проекта Human Brain Project с инвестициями в $1 млрд.
Трехмерную карту Big Brain, превосходящую в 50 по разрешению все существующие аналоги, делали в течение десяти лет. Для ее создания использовались тысячи тончайших срезов мозга, которые затем были скреплены с помощью цифровых технологий суперкомпьютеров. Big Brain демонстрирует мельчайшие детали мозга в пределах 20 микрометров, размера многих человеческих клеток, - это серьезный шаг вперед в понимании трехмерной анатомии мозга. Подробности создания атласа мозга опубликованы в последнем номере журнала Science.
Чтобы представить мозг в цифровом виде, исследователи под руководством Кэтрин Амунтс из Исследовательского центра Юлиха в Германии, с помощью инструмента под названием микротом разрезали мозг на крохотные секции толщиной в 20 микрометров. Чтобы создать карту, было использовано 7400 таких секций. Отдельные изображения от них были собраны воедино для создания связанной трехмерной картины. Использовался планшетный сканер высокого разрешения, оцифровывавший отдельные изображения в полноценную 3D-модель. "Наша карта подобна картам Google Earth, вы можете разглядеть такие детали, которые было нельзя увидеть до появления этой трехмерной реконструкции", - утверждает Катрин Амунтс.
Алан Эванс из Монреальского неврологического института рассказывает, что при создании карты мозга использовалась идея немецкого нейроанатома Корбиниана Бродманна, который в начале XX века разделил кору человеческого мозга на 50 разных зон, разглядывая ее структуру и организацию под микроскопом. Эванс и его коллеги тоже разделили "центр управления" человека на области. Результат может показать от 100 до 200 различных зон, дав ученым буквально точную дорожную карту для изучения различных функций мозга.
С помощью аппарата Clarity, разработанного лабораторией Карла Дейссерота, невролога и биоинженеры из Стэнфордского университета, удалось напрямую рассмотреть структуры мозговых нейронов и цепей. Мозг, как и любая другая ткань, обычно непрозрачен, поскольку жиры в клетках блокируют свет. Clarity выплавляет липиды, заменяя их гелеподобной субстанцией, которая оставляет другие структуры видимыми.
Полученная карта мозга по-настоящему впечатляет: сквозь нее можно "проплыть", приблизить отдельные части и увидеть организацию клеток и тканей. В будущем ученые собираются создать атлас, который покажет истинное клеточное разрешение - это около одного-двух микрометров вместо двадцати. Для его создания планируется использовать технологии, позволяющие видеть расположение клеток и нервных волокон внутри неповрежденной ткани головного мозга с очень большим разрешением.
