211service.com
En detaljerad 3D-atlas av en mänsklig hjärna
En ny resurs kommer att tillåta forskare att utforska anatomin hos en enda hjärna i tre dimensioner med mycket större detalj än tidigare, en möjlighet som dess skapare hoppas kommer att styra strävan att kartlägga hjärnaktivitet hos människor. Resursen, kallad BigBrain, skapades som en del av den europeiska Human Brain Project och är fritt tillgänglig online för forskare att använda.
Att göra anslutningar: Utbuktningarna på denna 3D-modell av en neuron är pre-synaptiska terminaler – punkter där cellen kommer att bilda förbindelser med andra neuroner.
Forskarna bakom BigBrain, ledda av Katrin Amunts vid forskningscentret Jülich och Heinrich Heine-universitetet i Düsseldorf i Tyskland, avbildade hjärnan på en frisk avliden 65-årig kvinna med hjälp av MRT och bäddade sedan in hjärnan i paraffinvax och skar den i 7 400 skivor, var och en bara 20 mikrometer tjock. Varje skiva monterades på ett objektglas och avbildades digitalt med hjälp av en flatbäddsskanner.
Alan Evans , professor vid Montreal Neurological Institute vid McGill University i Montreal, Kanada, och senior författare till en artikel som rapporterar resultaten i tidskriften Vetenskap , säger att hans team sedan antog den tekniska utmaningen att försöka sy ihop 7 500 ark av Saran-omslag till ett tredimensionellt objekt med hjälp av digital bildbehandling. Många skivor hade små revor, revor och förvrängningar, så teamet redigerade bilderna manuellt för att fixa stora tecken på skada och använde sedan ett automatiserat program för mindre korrigeringar. Med hjälp av tidigare tagna MR-bilder och relationer mellan angränsande sektioner justerade de sedan sektionerna för att skapa ett kontinuerligt 3D-objekt som representerar ungefär en terabyte data.
Skivad upp: Forskare använde ett verktyg som kallas mikrotom för att skära en hjärna i skivor 20 mikrometer tjocka.
Evans säger att befintliga tredimensionella atlaser av mänsklig hjärnans anatomi vanligtvis begränsas av upplösningen av MRI-bilder - ungefär en millimeter. BigBrain-atlasen gör det däremot möjligt att zooma in till cirka 20 mikrometer i varje dimension. Det räcker inte för att analysera enskilda hjärnceller, men det gör det möjligt att urskilja hur lager av celler är organiserade i hjärnan.
Joshua Sanes, en neuroforskare vid Harvard University, säger att projektet representerar ett steg mot att förverkliga neuroforskarnas strävan att titta på den mänskliga hjärnan med den typ av cellupplösning [med vilken] vi kan titta på mus- eller flughjärnor. Men även om atlasen är en teknisk prestation som ger en oöverträffad bild av en hel hjärnas anatomi, kan den inte svara på frågor om hjärnans aktivitet eller funktion, eller om kopplingarna mellan hjärnceller. Atlasen representerar också bara en enda hjärna, så den fångar inte variationer mellan hjärnor.
Men Evans säger att det kan vara en viktig resurs för framtida forskning. Ett av de större målen för flera hjärninitiativ världen över – inklusive det europeiska projektet och det begynnande BRAIN Initiative i USA (se The Brain Activity Map ) – är att integrera olika typer av data om hjärnans struktur och funktion, säger han, och att skapa beräkningsmodeller av hjärnan för att studera processer som barndomsutveckling eller neurologiska sjukdomar. Evans säger att sådant arbete är beroende av att ha en tydlig bild av hjärnans anatomi som referens, och BigBrain kan fungera som en plattform där annan information kan kartläggas. Det är moderskeppet, säger han.
Forskarna planerar att leda studier som integrerar BigBrain med andra typer av data, och undersöker frågor som hur gener uttrycks och hur neurotransmittorer är fördelade över hjärnan. De hoppas kunna upprepa detta arbete i andra hjärnor för att börja titta på hur deras strukturer varierar.