Цивилизация
Мозг по сложности своего устройства намного превосходит все другие органы. Ученые-нейрофизиологи, врачи-неврологи и нейрохирурги для путешествия по бороздам, извилинам, подкорковым ядрам и проводящим путям мозга должны иметь карту. Атласы мозга в трех измерениях созданы давно, но, по мере того как наши знания углубляются, становится яснее, что разрешение этих атласов недостаточно: все они ограничены макроуровнем (видимым уровнем).
О создании 3D-карты мозга с ультравысоким разрешением – на уровне отдельных клеток — объявила команда проекта Big Brain. О результате своей работы исследователи из Германии и Канады написали в последнем выпуске журнала Science, а саму трехмерную карту мозга выложили в открытом доступе в интернете.
Цифровая реконструкция мозга человека позволяет разглядеть его микроанатомию на уровне отдельных клеток: ее разрешение составляет 20 микрон.
«Такое пространственное разрешение превосходит то, что было достигнуто прежде, в 50 раз», — рассказал редактор Science Питер Штерн.
Изображения мозга, полученные методом магнитно-резонансной томографии, обычно имеют разрешение 1 мм.
Чтобы создать цифровой трехмерный атлас с ультраразрешением, исследователи на микротоме изготовили 7400 гистологических срезов мозга толщиной 20 микрон, объяснил ведущий автор исследования Алан Эванс, профессор Монреальского неврологического института Университета Макгилла. Для изготовления срезов использовали мозг 65-летней женщины, который был заключен в парафин. Полученные срезы поместили на стекла и покрасили для выделения отдельных клеток. Изображения оцифровали с использованием сканера с высоким разрешением. Так получилась цифровая модель мозга.
Цитоархитектонический 3D-атлас дает большие возможности для исследования работы мозга.
Например, на него можно накладывать отдельные функциональные единицы – нейронные контуры, вовлеченные в выполнение какой-то деятельности.
Можно изучать, какие слои и подслои коры больших полушарий обмениваются нервными импульсами.
По словам доктора Эванса, проект собираются повторить на другом мозге, чтобы сравнить их цитоархитектонику и оценить ее разнообразие. Следующая задача – сделать с таким же разрешением модель белого вещества – проводящих путей мозга. Это позволит ученым соотнести микроанатомию клеток и нервных волокон.
Задача на будущее – построить модель мозга с разрешением 1 микрон, которая отразит морфологию на субклеточном уровне.
Участники европейского проекта European Human Brain Project из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (Германия) собираются наложить на трехмерную цитоархитектоническую карту свои данные о пространственном распределении в мозге молекул рецепторов. Таким образом, они добавят к микроанатомии информацию о работе веществ-нейромедиаторов. А для изучения работы мозга на генетическом уровне полученную карту можно совместить с базой данных об экспрессии генов в мозге.
Фундаментальная цель этой модели мозга – проникнуть в нейробиологическую основу сознания, языка, эмоций и других мозговых процессов. Практическая цель – понимание механизмов нейродегенеративных заболеваний и старения.