Международная группа нейрофизиологов разрезала на слои, сфотографировала и проанализировала мозг 65-летней женщины, чтобы создать наиболее детализированную на настоящий момент карту человеческого мозга. Атлас, называемый «Большой Мозг», показывает набор нейронов с микроскопической точностью, который поможет не только уточнить, но даже переосмыслить структуру мозговых регионов, которые получены за десятилетия предыдущих анатомических исследований.
«Качество этих карт – это аналог того, что картографы предлагали как их лучшие версии еще в семнадцатом веке», говорит Дэвид Ван Ессен, нейробиолог в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, Миссури, который не был задействован в исследовании. Он заявляет, что новый и улучшенный набор анатомических указательных знаков, которые позволят исследователям изучать разнообразные данные – такие как генные наборы, нейроанатомию и нервную активность – более точно на определенных участках мозга.
Мозг включает в себя неоднородную сеть нейронов различных размеров и с формами, которые разнятся от треугольных до круглых, упакованные более или менее плотно в различных участках. Big Brain открывает нам разнообразие нейронного распределения в слоях коры головного мозга и в других регионах мозга – различия, которые, похоже определяют функциональные отделы.
Атлас был составлен из 7 400 мозговых срезов, каждый из которых тоньше человеческого волоса. Оцифровывание секций микроскопом забрало в сумме тысячу часов и сгенерировало триллион байтов информации. Суперкомпьютеры в Канаде и Германии годами дымились, реконструируя трехмерное изображение из картинок, и корректируя складки в отдельных листах тканей.
Исследователи описали свои результаты вчера в журнале Science, и опубликуют полный объем информации онлайн. Они демонстрируют разрешение в 20 микрометров – в пятьдесят раз чувствительнее, чем типичное миллиметровое разрешение атласов, основанных на сканах мозга.
«Это полностью меняет всю картину в терминах нашей возможности в выделении очень хороших структурных и физиологических свойств человеческого мозга», сказал соавтор исследования Алан Эванс, невролог в Нейрологическом Институте МакГилла в Монреале на конференции 19 июня.
Их качество и впрямь выглядит очень высоким, говорит Кристоф Кох, главный научный сотрудник в Институте Мозговых исследований Алена в Сиэтле, штат Вашингтон. Институт Алена составлял собственный атлас человеческого мозга, который предоставляет структурные данные со слегка меньшим разрешением, чем у последнего исследования, однако включает многочисленные аннотации и карты генных наборов.
Big Brain – это часть Проекта Человеческого Мозга, десятилетнего европейского исследования с бюджетов в 1 миллиард евро для составления суперкомпьютерной симуляции человеческого мозга. Детализированное изучение нейронных кластеров может помочь установить реалистичные параметры для симуляции, говорит ведущий автор Кэтрин Амунтс, нейробиолог в Университете Генриха Гейна в Дюссельдорфе.
И хотя атлас показывает информацию лишь по одному человеческому мозгу, это важная отправная точка для интерпретации данных других человеческих мозгов в будущем, добавляет Ван Ессен, который сравнивает Big Brain с расшифровкой первого человеческого генома. «Получение действительно точной карты одного человека – это, по моему мнению, очень ценно», утверждает он.
Атлас будет служить источником, с которым будет сверяться вся будущая информация, и команда Big Brain планирует работать с Институтом Мозга Аллена, чтобы объединить данные с их собственных баз.
С тех пор как программа Big Brain началась в 2003 году, технология была значительно усовершенствована, чтобы позволить исследователям отсканировать секции человеческого мозга в разрешении один микрометр. Однако составление следующего атласа в таком высоком разрешении создаст около 20 000 триллионов байт данных – больше, чем могут обработать эффективно наиболее производительные компьютеры, заявляет Амунтс.
«Технология очень быстро усовершенствуется», говорит Шин Хилл, исполнительный директор Международного нейроинформационного координационного центра в Стокгольме. Однако он отмечает, что проблема управления информацией и ее обработкой требует больше ресурсов и внимания неврологии, которая тяготеет к большим наборам данных. «Это пример того, что будет лишь увеличиваться за счет частоты», говорит Хилл.
Амунтс утверждает, что его команда уже приступила к составлению карты «мозга номер два».
Ваше мнение