Мы никогда не будем знать ее имя или что она сделала для жизни. Все, что мы знаем, является ее возрастом в смерти — 65 — и что у нее не было известных неврологических болезней.
Теперь, после 10 лет кропотливого исследования мозга этой женщины, ученые представляют ее подарок разделения науке: BigBrain, первый 3D цифровой атлас, показывающий орган в микроскопических деталях.Больше века нейробиологи в основном полагались на 2D анатомические рисунки мозга на основе работы, законченной в начале 1900-х, говорит ведущий автор Катрин Амунц, нейроанатом в Научно-исследовательском центре Юлих в Германии. Несмотря на то, что некоторые оцифрованные, 3D эталонные модели доступны, им не была нужна резолюция для показа мозговой ткани на нейронном уровне, и у них часто есть промежутки, добавляет Джозеф Мэсдеу, эксперт по нейроотображению в Национальных Институтах Здоровья в Молитвенном доме, Мэриленд, кто не был вовлечен в исследование. Он сравнивает предыдущие атласы с understocked библиотекой, потому что слишком часто «книга, в которой Вы нуждаетесь, не там».
Рассечение и затем в цифровой форме восстановление человеческого мозга являются долгим и трудным процессом. В последние десятилетия интерес нейробиологов переместился от классической анатомии до физиологических исследований, Амунтс говорит, так мало лабораторий все еще имеет экспертные знания или инструменты, чтобы сделать, просмотреть, и оцифровать тонкие волосами части мозговой ткани, требуемой отлавливать детали на сотовом уровне. Более массивные части означают, что меньше деталей и больших промежутков данных между плитами ткани, говорит Амунтс.Таким образом, в 2003 Амунтс и коллеги начали атлас BigBrain.
Исследователи выбрали мозг 65-летнего дарителя женского пола как основание для атласа, потому что это не имело никаких очевидных симптомов дегенеративного заболевания или другого ущерба. После сохранения мозга в формалине, химическом фиксативе и вложении его в воске в течение нескольких месяцев, они начали сокращать его с помощью ножа, названного микротомом, вырезающим связанные секции на конвейерную ленту как нож гастронома, порезав грудку индейки. Они должны были быть очень осторожными, с которого части не упали пояса во время этой стадии, говорит Амунтс. «Кто-то открывает дверь и свист!»Затем, исследователи установили каждую часть на понижении микроскопа, запятнанном это для создания клеточных тел нейронов видимыми, и просмотрели его.
В целом, потребовалось приблизительно 1 000 часов почти непрерывного труда, чтобы подготовить и просмотреть каждую мозговую часть, и исследователи получили больше чем 7 400 частей всего, сообщают они онлайн сегодня в Науке. Даже взятие обеденных перерывов могло разрушить тонкую задачу, говорит Амунтс.Несмотря на то, что исследователи проявили предельную заботу в обработке хрупких частей, неизбежные деформации и слезы происходят, когда мозговая ткань является запятнанной и сокращение, говорит соавтор Алан Эванс, эксперт по нейроотображению в университете Макгилла в Монреале, Канада. «Думайте о более чем 7 000 разделов Обертки Сарана, разорванных и искаженных», говорит он. Работа Эванса состояла в том, чтобы восстановить мозг в единое целое, исправив ошибки путем ручной перемены разрегулированных просмотров назад в место и использования корректирующего программного обеспечения.
Обработка количества данных, привлеченных в BigBrain, потребовала высокоэффективной вычислительной сетки, распределенной по Канаде.В 50 раз пространственном разрешении предыдущих моделей, BigBrain показывает отдельные нейроны и связи между ними, беспрецедентным уровнем детали для цело-мозговой модели. «Что делает этот мозг, дают нам почти все нейроны в одинарном интервале», Мэсдеу говорит. «Это – замечательный ресурс».
Готовое изделие, которое является частью европейского Проекта Человеческого мозга, усилие за €1 миллиард сделать компьютерную модель из функции человеческого мозга за следующие 10 лет, скоро будет доступно бесплатно через веб-портал под названием CBRAIN. Простыми щелчками мыши Мэсдеу говорит, исследователи будут в состоянии объединить данные от живущих мозгов, таких как мозговая деятельность просматривает, с подробной анатомической информацией на сотовом уровне.
Подход BigBrain не совершенен. В дополнение к ошибкам, введенным путем разрезания, BigBrain не отлавливает значительную изменчивость между отдельными мозгами, отмечает нейробиолога Джона Мэззайотту из Калифорнийского университета, Лос-Анджелес, кто не был вовлечен в исследование.
Один раствор той проблемы мог бы состоять в том, чтобы объединить BigBrain с данными, подбираемыми из огромного количества сканирований головного мозга более низкой резолюции, показывающих, где различные мозговые структуры, вероятно, будут, говорит он.Новый метод, делающий мозговую ткань прозрачной, названной ЯСНОСТЬЮ, открывает перспективу для будущих исследований мозгового отображения, потому что исследователи не должны были бы порезать мозг, но в настоящее время к этому можно относиться только небольшие количества ткани, эквивалентной мозгу мыши, говорит Мэззайотта.Затем, Амунтс хочет создать атласы BigBrain мужского мозга и мозга младшего человека для завоевания потенциальных сексуальных и различий развития.
Теперь, когда первая карта полна, Мэззайотта предсказывает, что процесс будет становиться легче и быстрее в течение долгого времени, позволяя исследователям посмотреть на мозги многочисленных групп людей с расстройствами, такими как аутизм на молекулярном уровне. «В конечном счете у нас будут популяции мозгов сделанными этот путь», говорит он.