Впервые составлен полный атлас человеческого мозга с клеточным разрешением 1 мкм-пиксель

Несколько изображений из атласа человеческого мозга ^[1]. Изображение: Allen Institute for Brain Science

Знание детальной анатомической структуры человеческого мозга ^[1] крайне важно для понимания его функциональности. Существующие справочные атласы не отличаются высоким качеством: у них относительно низкое разрешение или они неполные, или не хватает аннотаций структуры. Долгое время атласы человеческого мозга ^[1] уступали атласам мозга ^[1] червей, мух и мышей по качеству, пространственному разрешению и полноте. Это связано с техническими ограничениями из-за огромного размера и сложности человеческого мозга ^[1]. Что и говорить, если в медицине до сих пор зачастую используются атласы столетней давности.

Хорошо, что в мире остались меценаты, такие как сооснователь Microsoft Пол Аллен. Полмиллиарда долларов, вложенных в научный проект по исследованию человеческого мозга ^[1], принесли результат.

Учёные из Института Аллена по нейронаукам (Allen Institute for Brain Science) восполнили большой научный пробел — и подготовили самый полный и детальный на сегодняшний день цифровой атлас человеческого мозга ^[2]. Он составлен путём нейровизуализации, гистологического исследования с высоким разрешением и химиоархитектуры мозга ^[1] 34-летней женщины (как известно, мозг ^[1] женщины структурно и функционально не отличается от мужского).

Для составления атласа пришлось задействовать магнитно-резонансную томографию, диффузионно-взвешенную визуализацию (диффузионную МРТ) и 1356 больших анатомических пластин размером с полушарие мозга ^[1] для иммуногистохимии (ИГХ) и исследования по методу Ниссля с клеточным разрешением, то есть 1 мкм/пиксель.

Ранее в этом году о создании атласа человеческого мозга ^[1] объявили исследователи Human Connectome Project ^[3]. Они скомпилировали изображения, полученные методом МРТ у 210 взрослых людей. Но такая картина даже близко не может сравниться с детальным атласом одной женщины на клеточном уровне, который составили в Институте Аллена по нейронаукам.

«Это самый структурно полный атлас на сегодняшний день, и мы надеемся, что он послужит эталонным справочником человеческого мозга ^[1] в различных научных дисциплинах», — говорит ^[4] Эд Лейн (Ed Lein), кандидат наук и исследователь Института Аллена по нейронаукам. В будущем этот атлас будет полезен как базовый справочник для наложения других карт человеческого мозга ^[1], в том числе функциональных карт или карт клеточного состава отделов мозга ^[1]. Это своеобразный единый фреймворк для интеграции множества научных исследований, объединения разных типов данных о человеческом мозге ^[1].

В атлас вошли полностью аннотированные изображения 862 структур мозга ^[1], в том числе 117 трактов (нейронных путей) в белом веществе и несколько новых цито- и химиоархитектурно выделенных структур. Эти аннотации, полученные с анатомических пластин и исследования по методу Ниссля, перенесены также на соответствующие изображения МРТ, где мозг ^[1] был ещё в целом, не разрезанном виде.

Атлас человеческого мозга ^[1]. Иллюстрация: Allen Institute for Brain Science

В новой коре (неокортексе) исследователи разграничили отдельные области: борозды, извилины и модифицированные поля Бродмана ^[5], чтобы связать в единую структуру макроскропические анатомические парцелляции и микроскопические химиоархитектурные парцелляции.

Чтобы создать полную онтологию мозга ^[1] и точно разграничить отдельные регионы в поперечных сечениях, учёным Института Аллена пришлось разработать новый сканер, способный сканировать с микрометровым разрешением тонкие срезы ткани размером с полное полушарие мозга ^[1].

Учёные проделали огромную работу. Созданный ими атлас мозга ^[1] женщины настолько детальный, что позволяет довольно точно определить соответствующие структурные области в мозгу ^[1] других людей по данным МРТ.

Интерактивный цифровой атлас мозга ^[1], составленный в Института Аллена по нейронаукам, опубликован в свободном доступе ^[2] совершенно бесплатно для научного сообщества всего мира. На сайте он интегрирован с существующими атласами экспрессии генов, составленными в том же институте.

Цифровой атлас по своему формату сильно отличается от классических атласов. Интерактивный формат позволяет «путешествовать» по мозгу ^[1], изменять масштаб от макроскопического к микроскопическому — от целых отделов мозга ^[1] к конкретным нейронам. При этом атлас содержит абсолютно точную информацию из научных работ, прошедших рецензирование.

Институт Аллена по нейронаукам — частное научно-исследовательское заведение, которое основал Пол Аллен, один из создателей компании Microsoft. Меценат вложил более полумиллиарда долларов в научный проект по составлению атласа человеческого мозга ^[1]. Этот проект называют медицинским «Проектом Манхэттен» ^[6].

Медицинский «Проект Манхэттен» должен помочь понять, как происходит мыслительный процесс у человека: «Мне, как бывшему программисту, очень интересно, как же работает человеческий мозг ^[1], как на самом деле происходит обработка информации, — говорил Аллен в одном из интервью. — Даже совсем немного углубившись в неврологию, ты начинаешь понимать, что всё взаимосвязано. То есть мозг ^[1] пытается использовать всё, что только можно: зрение, слух, опыт прошлого. Всё это мозг ^[1] использует, чтобы рассчитать, что животное (будь то мышь или человек) должно делать дальше».

В идеале, атлас человеческого мозга ^[1] поможет понять самое важное — что такое сознание.

Научная статья опубликована ^[7] в журнале Journal of Comparative Neurology (doi: 10.1002/cne.24080). Собственно, 350-страничный атлас занял весь номер этого журнала.

Автор: alizar

Источник ^[8]