Десять лучших технологий года по версии MIT. #3: Картографирование мозга

24 Мая 2014 в 13:00, Илья Хель 7 873 просмотра 2

Картографирование мозга

Новости технологий полны важных событий, но немногие из них представляют собой настоящие прорывы. Лучший в мире вуз 2014 года, Массачусетский технологический институт, регулярно выдающий на-гора невероятные открытия и разработки, представил свой топ из десяти прорывных технологий настоящего времени. По мнению авторов, это «прорывы, которые будут иметь значение многие годы». В этом цикле статей мы подробно ознакомимся с каждым пунктом.

Картографирование мозга — новая карта, показывающая детализированную структуру нашего мозга, создавалась в течение десяти лет; значительно упрощает работу неврологов.

Прорыв:

Карта высокого разрешения, показывающая структуры человеческого мозга с точностью до 20 микрометров.

Почему это важно:

Поскольку неврологи пытаются понять, как работает мозг, им нужна детализированная карта его анатомии.

Ключевые игроки:

  • Кэтрин Амунтс, Исследовательский центр Юлиха
  • Алан Эванс, Монреальский неврологический институт
  • Карл Дейссерот, Стэнфордский университет

Неврологи добились значительного прогресса в последние годы, пытаясь понять, как работает мозг. И в ближайшие годы Human Brain Project в Европе будет пытаться создать компьютерную модель человеческого мозга, в то время как американская инициатива BRAIN будет создавать широкомасштабную картину мозговой активности. Эти амбициозные проекты принесут большую пользу новому ресурсу: подробной и детализированной карте структур мозга и его различных областей.

В рамках Human Brain Project, международная команда исследователей во главе с немецкими и канадскими учеными выпустила трехмерный атлас мозга, который в 50 раз больше с точки зрения разрешения, чем предыдущие подобные карты. Атлас, который делали в течение десяти лет, потребовал тысячи тончайших срезов мозга и цифрового скрепления их вместе при помощи суперкомпьютеров. Он способен показать мельчайшие детали в пределах 20 микрометров, размера многих человеческих клеток, и это серьезный шаг вперед в понимании трехмерной анатомии мозга.

Чтобы реконструировать мозг в цифровом виде, исследователи под руководством Кэтрин Амунтс из Исследовательского центра Юлиха в Германии использовали МРТ для съемки вскрытого мозга 65-летней женщины. Затем мозг был разрезан на сверхтонкие пластинки. Ученые окрасили разделы, а потом отсканировали каждую из них на планшетном сканере. Алан Эванс и его коллеги из Монреальского неврологического института организовали 7404 конечных снимка в набор данных размером с терабайт. Пластинки скрутились, прорвались и свернулись в процессе, поэтому Эвансу пришлось корректировать дефекты на изображениях. Он также вернул каждую из них на свое изначальное место в мозге. Результат получился завораживающим: модель мозга, сквозь которую можно «проплыть», приблизить отдельные ее части и увидеть организацию клеток и тканей.

В начале 20-го века немецкий нейроанатом Корбиниан Бродманн разделил кору человеческого мозга на 50 разных зон, разглядывая ее структуру и организацию под микроскопом.

Мозг

«Во многом это был основной массив, который мы использовали более 100 лет», — говорит Эванс. Теперь он и его коллеги заново делают работу Бродманна, разделив мозг на области. Результат может показать от 100 до 200 различных зон, дав ученым буквально точную дорожную карту для изучения различных функций мозга.

«В будущем мы хотели бы иметь опорный мозг, который покажет истинное клеточное разрешение», — говорит Амунтс. Это около одного-двух микрометров вместо двадцати. Задача сложная по нескольким причинам. Одна из них — вычислительная. Эванс говорит, что такая карта мозга может содержать несколько петабайт данных, с которыми не все компьютеры сегодня могут справиться быстро. Однако есть надежда, что смогут в будущем. Еще одна проблема — физическая: мозг придется нарезать очень и очень тонко.

Помощь может прийти от новых методов, которые позволяют ученым видеть расположение клеток и нервных волокон внутри неповрежденной ткани головного мозга с очень большим разрешением. Амунтс разрабатывает такой метод, который использует поляризованный свет для реконструкции трехмерной структуры нервных волокон в ткани мозга. Техника под названием Clarity («ясность»), разработанная лабораторией Карла Дейссерота, невролога и биоинженера из Стэнфордского университета, позволяет ученым напрямую видеть структуры нейронов и цепей в неповрежденном мозге. Мозг, как и любая другая ткань, обычно непрозрачен, поскольку жиры в клетках блокируют свет.

Clarity выплавляет липиды, заменяя их гелеподобной субстанцией, которая оставляет другие структуры видимыми. Хотя Clarity весьма успешно была опробована на мозге мыши, человеческий мозг слишком большой, чтобы его можно было бы пропустить через эту версию технологии. Но Дейссерот говорит, что техника уже использовалась на блоках человеческого мозга в тысячи раз больших, чем тонкая секция мозга, что позволило сделать трехмерную реконструкцию легче и менее ошибочной. Эванс также говорит, что хотя Clarity и поляризованный свет уже сейчас предоставляют фантастическое разрешение участков мозга, «в будущем это вырастет до размеров целого человеческого мозга».

Десять лучших технологий года по версии MIT. #3: Картографирование мозга
Метки: , .

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

2 комментария

  1. mobos

    об остальных бы еще почитать

  2. mobos

    полистал фид дальше - понял, жду следующие)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.