211service.com
Een gedetailleerde 3D-atlas van een menselijk brein
Met een nieuwe bron kunnen wetenschappers de anatomie van een enkel brein in drie dimensies veel gedetailleerder dan voorheen onderzoeken, een mogelijkheid waarvan de makers hopen dat het de zoektocht zal leiden naar het in kaart brengen van hersenactiviteit bij mensen. De bron, genaamd de BigBrain, is gemaakt als onderdeel van de Europese Menselijk Brein Project en is gratis online beschikbaar voor wetenschappers om te gebruiken.
Connecties maken: De uitsteeksels op dit 3D-model van een neuron zijn pre-synaptische terminals - punten waar de cel verbindingen zal vormen met andere neuronen.
De onderzoekers achter de BigBrain, geleid door Katrin Amunts van het Research Center Jülich en de Heinrich Heine University Düsseldorf in Duitsland, hebben met behulp van MRI de hersenen van een gezonde overleden 65-jarige vrouw in beeld gebracht en de hersenen vervolgens ingebed in paraffinewas en gesneden in 7.400 plakjes, elk slechts 20 micrometer dik. Elk plakje werd op een dia gemonteerd en digitaal afgebeeld met behulp van een flatbedscanner.
Alan Evans , een professor aan het Montreal Neurological Institute aan de McGill University in Montreal, Canada, en senior auteur van een paper dat de resultaten in het tijdschrift rapporteert Wetenschap , zegt dat zijn team vervolgens de technische uitdaging aanging om te proberen 7.500 vellen Saran-wikkel aan elkaar te naaien tot een driedimensionaal object met behulp van digitale beeldverwerking. Veel plakjes hadden kleine scheurtjes, scheuren en vervormingen, dus het team bewerkte de afbeeldingen handmatig om grote tekenen van schade te herstellen en gebruikte vervolgens een geautomatiseerd programma voor kleine reparaties. Geleid door eerder gemaakte MRI-beelden en relaties tussen aangrenzende secties, brachten ze de secties vervolgens op één lijn om een continu 3D-object te creëren dat ongeveer een terabyte aan gegevens vertegenwoordigt.
Versneden: Onderzoekers gebruikten een hulpmiddel dat een microtoom wordt genoemd om een brein in plakjes van 20 micrometer dik te snijden.
Evans zegt dat bestaande driedimensionale atlassen van de anatomie van het menselijk brein meestal worden beperkt door de resolutie van MRI-beelden - ongeveer een millimeter. De BigBrain-atlas maakt het daarentegen mogelijk om in elke dimensie in te zoomen tot ongeveer 20 micrometer. Dat is niet genoeg om individuele hersencellen te analyseren, maar het maakt het mogelijk om te onderscheiden hoe cellagen in de hersenen zijn georganiseerd.
Jozua Sanes, een neurowetenschapper aan de Harvard University, zegt dat het project een stap vertegenwoordigt in de richting van het realiseren van het streven van neurowetenschappers om naar het menselijk brein te kijken met het soort cellulaire resolutie [waarmee] we naar muizen- of vliegenhersenen kunnen kijken. Maar hoewel de atlas een technische prestatie is die een ongekend beeld geeft van de anatomie van een hele hersenen, kan hij geen antwoord geven op vragen over hersenactiviteit of -functie, of over de verbindingen tussen hersencellen. De atlas vertegenwoordigt ook slechts één brein, dus het legt geen variabiliteit tussen hersenen vast.
Maar Evans zegt dat het een belangrijke bron kan zijn voor toekomstig onderzoek. Een van de grotere doelen van verschillende herseninitiatieven wereldwijd - waaronder het Europese project en het ontluikende BRAIN-initiatief in de VS (zie The Brain Activity Map ) - is om verschillende soorten gegevens over hersenstructuur en -functie te integreren, zegt hij, en om computationele modellen van de hersenen om processen zoals de ontwikkeling van kinderen of neurologische ziekten te bestuderen. Evans zegt dat dergelijk werk afhangt van het hebben van een duidelijk beeld van de anatomie van de hersenen als referentie, en de BigBrain kan dienen als een platform waarop andere informatie in kaart kan worden gebracht. Het is het moederschip, zegt hij.
De onderzoekers zijn van plan om studies te leiden waarin de BigBrain wordt geïntegreerd met andere soorten gegevens, waarbij vragen worden onderzocht zoals hoe genen tot expressie worden gebracht en hoe neurotransmitters over de hersenen worden verdeeld. Ze hopen dit werk in andere hersenen te herhalen om te kijken hoe hun structuren variëren.