Мозг человека отображается в 3-D с высоким разрешением

Новая 3-D карта мозга, созданная учёными, лучшая в мире, по мнению некоторых неврологов. "Это замечательное устройство способно реконструировать весь человеческий мозг с феноменальной точностью",- говорит Дэвид Ван Эссен, нейробиолог из Университета Вашингтона в Сент-Луисе.

Используя высокотехнологичную гастрономическую резку и около 100000 компьютерных процессоров, исследователи разрезали человеческий мозг на тысячи тонких пластинок, а затем склеили их цифровые изображения. В результате получился самый подробный атлас мозга из когда-либо опубликованных. Этот атлас назвали BigBrain. Эта цифровая модель имеет разрешение в каждом из трех пространственных измерений в 50 раз больше, чем все остальные карты в настоящее время. "Разница между ними такая, как масштабирование города со спутника до уровня улицы",- говорит соавтор Алана Эванс, учёный по нейровизуализации из Университета Макгилла в Монреале.

BigBrain позволяет исследователям хорошо ориентироваться в ландшафте коры головного мозга человека, прочном внешнем слое мозга. И в отличие от предыдущей карты, инструмент также позволяет учёным увидеть нору под поверхностью, туннель через полушария мозга и перемещаться по нему ломтик за ломтиком при помощи высокого разрешения структурных данных.

"Около 100 лет назад, нейробиологи опирались на толстые плиты мозговой ткани, чтобы грубо наметить нейронные области. Совсем недавно, средства визуализации, такие как МРТ смогли позволить исследователям использовать более детальный взгляд. Но даже самые лучшие карты МРТ все ещё не слишком чёткие",- говорит Ханчуан Пэн, вычислительный биолог из Института Наук о Мозге Аллена в Сиэтле.

В 2010 году группа китайских исследователей построила цифровые карты мозга мыши с использованием методов, похожих на те, при помощи которых создали BigBrain. Но до сих пор никто не делал это на людях. Эвансу и его коллегам пришлось использовать более масштабное наращивание нарезки и более мощные вычислительные методы, так как человеческий мозг в тысячи раз больше, чем мозг мыши. Катрин Амунц и её коллеги из Исследовательского Центра Юлих в Германии разрезали донорский мозг 65-летней женщины на 7404 ультратонких листов, каждый с толщину полиэтиленовой пленки.

Далее, исследователи окрашивали листы для повышения контрастности, сфотографировали каждый лист планшетным сканером, а затем использовали вычислительные мощности суперкомпьютеров из семи объектов по всей Канаде для цифровой склейки изображений. В целом, исследователи проанализировали изображений объемом около одного терабайта, или 1000 гигабайт. Это примерно столько же данных, как 250000 песен в формате MP3. "Ваш ноутбук не сможет даже запустить типичную программу для обработки изображений, чтобы посмотреть на этот набора данных",- говорит Эванс.

Его команда разработала специальное программное обеспечение, которое позволяет исследователям просматривать данные BigBrain. Пользователи могут рассматривать мозг, вращать его в любом направлении и прорезать в любой плоскости, какой захотят. "Это похоже на видеоигру",- говорит он.

Эванс надеется, что BigBrain предоставит другим исследователям множество цифровой информации о различных показателях мозга. Учёные могут располагать информацию о концентрации химического вещества или электрофизических сигналах, как метеорологи размещают информацию о погоде на географической карте.

"3-D карта может также помочь исследователям интерпретировать данные с низким разрешением сканирования мозга, проведённого такимим методами, как МРТ и ПЭТ",- заявил соавтор исследования Карл Зиллес из Исследовательского центра Юлих в ходе пресс-брифинга 19 июня. Наложение изображения с этих сканирований на снимки BigBrain могут дать лучшее представление о том, где именно находятся поврежденные ткани в больном мозге. "Нейрохирурги могут также использовать BigBrain в качестве руководства для размещения электродов во время глубокой стимуляции головного мозга при болезни Альцгеймера или болезни Паркинсона",- сказал он.

"Хотя все человеческие мозги имеют похожую архитектуру, у каждого человека есть свои тонкие изменения формы",- говорит Эванс. В результате, он хотел бы делать большие карты мозга для сравнения.

Теперь, когда устранены некоторые технические ошибки BigBrain, исследователи думают, что примерно через год можно скомпилировать карту второго мозга. "Все вычислительные средства сейчас у нас есть в достаточном количестве",- говорит Эванс.