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Atlante 3D dettagliato di un cervello umano
Una nuova risorsa consentirà agli scienziati di esplorare l'anatomia di un singolo cervello in tre dimensioni con un dettaglio molto maggiore rispetto a prima, una possibilità che i suoi creatori sperano guiderà la ricerca per mappare l'attività cerebrale negli esseri umani. La risorsa, soprannominata BigBrain, è stata creata nell'ambito dell'European Progetto Cervello Umano ed è disponibile gratuitamente online per gli scienziati da usare.
Fare collegamenti: Le protuberanze su questo modello 3D di un neurone sono terminali presinaptici, punti in cui la cellula formerà connessioni con altri neuroni.
I ricercatori dietro il BigBrain, guidati da Katrin Amunts presso il Centro di ricerca Jülich e l'Università Heinrich Heine di Düsseldorf in Germania, hanno ripreso il cervello di una donna di 65 anni deceduta in buona salute usando la risonanza magnetica e poi hanno incorporato il cervello nella cera di paraffina e l'hanno tagliato in 7.400 fette, ciascuna spessa appena 20 micrometri. Ogni fetta è stata montata su un vetrino e sottoposta a imaging digitale utilizzando uno scanner piano.
Alan Evans , professore al Montreal Neurological Institute della McGill University di Montreal, Canada, e autore senior di un articolo che riporta i risultati sulla rivista Scienza , afferma che il suo team ha quindi accettato la sfida tecnica di provare a cucire insieme 7.500 fogli di pellicola Saran in un oggetto tridimensionale utilizzando l'elaborazione digitale delle immagini. Molte sezioni presentavano piccoli strappi, strappi e distorsioni, quindi il team ha modificato manualmente le immagini per correggere i principali segni di danno e quindi ha utilizzato un programma automatizzato per correzioni minori. Guidati da immagini MRI precedentemente acquisite e dalle relazioni tra le sezioni vicine, hanno quindi allineato le sezioni per creare un oggetto 3-D continuo che rappresenta circa un terabyte di dati.
Affettato: I ricercatori hanno utilizzato uno strumento chiamato microtomo per tagliare un cervello in fette spesse 20 micrometri.
Evans afferma che gli atlanti tridimensionali esistenti dell'anatomia del cervello umano sono generalmente limitati dalla risoluzione delle immagini MRI, circa un millimetro. L'atlante BigBrain, al contrario, consente di ingrandire a circa 20 micrometri in ogni dimensione. Non è sufficiente per analizzare le singole cellule cerebrali, ma rende possibile distinguere come sono organizzati gli strati di cellule nel cervello.
Giosuè Sanes, un neuroscienziato dell'Università di Harvard, afferma che il progetto rappresenta un passo avanti verso la realizzazione dell'aspirazione dei neuroscienziati di guardare il cervello umano con il tipo di risoluzione cellulare [con cui] possiamo guardare il cervello dei topi o dei voli. Ma mentre l'atlante è un risultato tecnico che offre una visione senza precedenti dell'anatomia di un intero cervello, non può rispondere a domande sull'attività o sulla funzione del cervello, o sulle connessioni tra le cellule cerebrali. L'atlante rappresenta anche un solo cervello, quindi non cattura la variabilità tra i cervelli.
Ma Evans dice che può essere una risorsa importante per la ricerca futura. Uno degli obiettivi più grandi di diverse iniziative cerebrali in tutto il mondo, tra cui il progetto europeo e la nascente BRAIN Initiative negli Stati Uniti (vedi The Brain Activity Map ), è quello di integrare diversi tipi di dati sulla struttura e la funzione del cervello, dice, e di creare modelli computazionali del cervello per studiare processi come lo sviluppo infantile o le malattie neurologiche. Evans afferma che tale lavoro dipende dall'avere un'immagine chiara dell'anatomia del cervello come riferimento e il BigBrain può fungere da piattaforma su cui è possibile mappare altre informazioni. È la nave madre, dice.
I ricercatori hanno in programma di condurre studi che integrano il BigBrain con altri tipi di dati, esaminando questioni come come vengono espressi i geni e come sono distribuiti i neurotrasmettitori nel cervello. Sperano di ripetere questo lavoro in altri cervelli per iniziare a osservare come variano le loro strutture.