Индийские ученые создали 3D-атлас самой сложной части человеческого мозга. Об этом сообщает портал Qazaqyia.kz со ссылкой на издание BBC News.
Более века нейробиологи изучали человеческий мозг подобно тому, как ранние картографы наносили на карту неизведанные земли: собирая обширный ландшафт из разрозненных наблюдений. Даже сегодня патологи, диагностирующие болезнь Альцгеймера, обычно исследуют лишь несколько образцов тканей из органа, содержащего около 86 миллиардов нейронов. Большая часть ландшафта остается невидимой.
Ученые Мозгового центра Судхи Гопалакришнан (SGBC) при Индийском технологическом институте Мадраса (IIT-M) считают, что сделали важный шаг к заполнению одного из крупнейших пробелов в нейробиологии. Они создали самый детальный в мире трехмерный атлас ствола головного мозга человека на клеточном уровне — цифровую карту, которая позволяет ученым беспрепятственно перемещаться от МРТ-снимков всего мозга до отдельных нервных клеток.
Названный Anchor (Атлас нейрохимической характеристики ствола мозга человека с 3D-реконструкцией), он объединяет более 500 срезов тканей из мозга плода, детей и взрослых. Созданный на основе изображений с высоким разрешением, полученных с помощью микроскопа, а не более дорогих молекулярных методов, он формирует детальную трехмерную карту ствола мозга, идентифицируя более 200 кластеров клеток мозга и нервных путей. Восемь химических маркеров помогают различать типы клеток, создавая одну из самых четких картин этой жизненно важной, но малоизученной части мозга.
Ствол мозга занимает лишь малую часть мозга, но поддерживает жизнь человека. Он соединяет мозг со спинным мозгом и контролирует дыхание, сердцебиение, сон, бодрствование и движение. Повреждение крошечных кластеров клеток внутри него может быть катастрофическим, но плотная архитектура этой области долгое время затрудняла ее детальное картирование.
Важность Anchor заключается не просто в создании еще одной анатомической карты, а в соединении двух миров, которые в значительной степени оставались разделенными: медицинской визуализации, показывающей мозг в целом, и клеточной патологии, раскрывающей его по одной клетке. «Мы видим дальновидную программу, которая ставит Индию за международный стол», — говорит индийский нейробиолог Шубха Толе, описывая проект как «беспрецедентную интеграцию» инженерии, нейробиологии и медицины.
Врачи обычно начинают с осмотра всего мозга при вскрытии или ткани, удаленной во время нейрохирургии. Взрослый мозг весит около 1,2–1,5 кг, и его складки и основные структуры могут дать важные подсказки до начала микроскопического исследования. «Как нейропатолог, я начинаю с осмотра всего мозга невооруженным глазом, прежде чем рассматривать маленькие кусочки под микроскопом», — говорит Ребекка Фолкерт, сотрудница Гарвардской медицинской школы и Нью-Йоркского университета, которая сотрудничала с командой SGBC. «При болезни Альцгеймера мы можем исследовать только 15–20 срезов — всего лишь долю процента от всего органа».
Эта практика существует со времен пионерской работы испанского нейробиолога Сантьяго Рамон-и-Кахала более века назад. Современная МРТ показывает весь мозг, но не дает клеточных деталей; микроскопы показывают отдельные клетки, но только в изолированных срезах. «То, что создал индийский центр, — это то, о чем я мечтала в начале своей карьеры — чтобы сканы мозга соответствовали микроскопической анатомии мозга», — сказала Фолкерт, исследовавшая тысячи мозгов за более чем три десятилетия.
Пользователи могут масштабироваться от всего ствола мозга, видимого на МРТ, до отдельных нейронов, сохраняя их точные пространственные отношения. Исследователи сделали атлас бесплатно доступным в интернете, надеясь, что он станет справочным инструментом для нейробиологов, неврологов и нейрохирургов по всему миру.
Его применение может выйти далеко за пределы анатомии. Сравнивая карты здорового ствола мозга с больными тканями, ученые могут лучше понять такие расстройства, как болезнь Паркинсона, инсульт, болезнь Альцгеймера и синдром внезапной детской смерти (СВДС). Более точные карты также могут помочь нейрохирургам с большей уверенностью ориентироваться в одной из самых деликатных областей мозга.
Anchor не является диагностическим инструментом. Его наибольшая ценность заключается в вопросах, на которые он может помочь ответить. Партха Митра, ученый-мозговед из престижной лаборатории Cold Spring Harbor в Нью-Йорке, работавший с SGBC, говорит, что такие детальные атласы мозга могут оказать «трансформирующее влияние» на изучение неврологических заболеваний, раскрывая клетка за клеткой, чем мозг, пораженный такими состояниями, как болезнь Альцгеймера или аутизм, отличается от здорового. Они также могут помочь объяснить, как инфекции, включая Covid-19, вызывают долгосрочные неврологические повреждения, сказал Митра BBC.
Используя инсульт в качестве примера, Фолкерт говорит, что атлас выявил новые особенности, которые могут помочь врачам сохранить ткань мозга, которая повреждена, но еще не подлежит восстановлению, что потенциально улучшает результаты лечения пациентов. Другие ученые говорят, что атлас также может помочь нейрохирургам более безопасно ориентироваться в стволе мозга.
Часть привлекательности этого атласа заключается в его простоте. Созданный на основе изображений тонких срезов посмертной ткани мозга с высоким разрешением, этот подход делает детальное картирование на клеточном уровне доступным. По словам Митры, это позволило составить карту ствола мозга человека в беспрецедентном масштабе. Это достижение отражает более широкую трансформацию в нейробиологии, где прогресс все больше зависит от инженерии и вычислений, чем от биологии. Около 20 ученых работали в течение 18 месяцев.