211service.com
Et detaljeret 3D-atlas af en menneskelig hjerne
En ny ressource vil give forskere mulighed for at udforske en enkelt hjernes anatomi i tre dimensioner med langt større detaljer end før, en mulighed, som dens skabere håber vil guide søgen efter at kortlægge hjerneaktivitet hos mennesker. Ressourcen, kaldet BigBrain, blev skabt som en del af det europæiske Human Brain Project og er frit tilgængelig online for forskerne at bruge.
Oprettelse af forbindelser: Fremspringene på denne 3-D model af en neuron er præ-synaptiske terminaler – punkter, hvor cellen vil danne forbindelser med andre neuroner.
Forskerne bag BigBrain, ledet af Katrin Amunts ved Forskningscenter Jülich og Heinrich Heine Universitetet i Düsseldorf i Tyskland, afbildede hjernen af en rask, afdød 65-årig kvinde ved hjælp af MR og indlejrede derefter hjernen i paraffinvoks og skar den af. i 7.400 skiver, hver kun 20 mikrometer tykke. Hver skive blev monteret på et objektglas og digitaliseret ved hjælp af en flatbed-scanner.
Alan Evans , professor ved Montreal Neurological Institute ved McGill University i Montreal, Canada, og seniorforfatter til et papir, der rapporterer resultaterne i tidsskriftet Videnskab , siger, at hans team derefter påtog sig den tekniske udfordring at forsøge at sy sammen 7.500 ark Saran-indpakning til et tredimensionelt objekt ved hjælp af digital billedbehandling. Mange skiver havde små rifter, flænger og forvrængninger, så holdet redigerede manuelt billederne for at rette store tegn på skade og brugte derefter et automatiseret program til mindre rettelser. Vejledt af tidligere taget MRI-billeder og relationer mellem tilstødende sektioner justerede de derefter sektionerne for at skabe et kontinuerligt 3D-objekt, der repræsenterer omkring en terabyte data.
Skåret op: Forskere brugte et værktøj kaldet en mikrotom til at skære en hjerne i skiver på 20 mikrometer tykke.
Evans siger, at eksisterende tredimensionelle atlas af menneskelig hjernes anatomi normalt er begrænset af opløsningen af MR-billeder - omkring en millimeter. BigBrain-atlasset gør det derimod muligt at zoome ind til omkring 20 mikrometer i hver dimension. Det er ikke nok til at analysere individuelle hjerneceller, men det gør det muligt at skelne, hvordan lag af celler er organiseret i hjernen.
Joshua Sanes, en neurovidenskabsmand ved Harvard University, siger, at projektet repræsenterer et skridt i retning af at realisere neurovidenskabsfolks ønske om at se på den menneskelige hjerne med den slags cellulær opløsning [med hvilken] vi kan se på muse- eller flyvehjerner. Men selvom atlasset er en teknisk bedrift, der giver et hidtil uset syn på en hel hjernes anatomi, kan det ikke besvare spørgsmål om hjerneaktivitet eller funktion eller om forbindelserne mellem hjerneceller. Atlasset repræsenterer også kun en enkelt hjerne, så det fanger ikke variabilitet mellem hjerner.
Men Evans siger, at det kan være en vigtig ressource for fremtidig forskning. Et af de større mål for adskillige hjerneinitiativer verden over – herunder det europæiske projekt og det begyndende BRAIN Initiative i USA (se The Brain Activity Map ) – er at integrere forskellige slags data om hjernens struktur og funktion, siger han, og at skabe beregningsmodeller af hjernen til at studere processer såsom barndomsudvikling eller neurologiske sygdomme. Evans siger, at sådan arbejde afhænger af at have et klart billede af hjernens anatomi som reference, og BigBrain kan tjene som en platform, hvorpå anden information kan kortlægges. Det er moderskibet, siger han.
Forskerne planlægger at lede undersøgelser, der integrerer BigBrain med andre former for data, og undersøger spørgsmål, såsom hvordan gener udtrykkes, og hvordan neurotransmittere fordeles over hjernen. De håber at gentage dette arbejde i andre hjerner for at begynde at se på, hvordan deres strukturer varierer.