Китайские ученые создали карту мозга обезьяны с разрешением 1 мкм
Первое в мире 3D-изображение мозга обезьяны с высоким разрешением, которое, по их словам, может быть использовано для исследований по лечению заболеваний человека, таких как болезнь Паркинсона, получили китайские ученые из Университета науки и технологий (USTC) в Пекине, 27 июля сообщает пресс-служба университета.
Команда из сотрудников USTC, Китайской академии наук, Шэньчжэньского института передовых технологий выполнили трехмерное (3D) картирование всего мозга обезьяны макаки с микронным разрешением с помощью обновленной версии их недавно разработанной высокопроизводительной технологии 3D-флуоресцентной визуализации VISoR. Исследование 26 июля было опубликовано в журнале Nature Biotechnology.
Мозг человека состоит почти из ста миллиардов нервных клеток с тонкими и сложными связями между ними. Чтобы полностью понять, как функционирует мозг, необходимо иметь его «карту» с высоким разрешением, показывающую, как организованы и связаны нервные клетки в мозге.
В настоящее время, чтобы выполнить 3D-визуализацию всего мозга мыши с микронным разрешением, обычно требуется несколько дней при использовании самых современных методов. Однако картирование мозга с высоким разрешением для таких приматов, как макака-резус, широко используемых при моделировании заболеваний человека, было затруднено, так как ее мозг более чем в 200 раз больше по объему, чем у мыши.
Для решения этой проблемы исследователи разработали высокопроизводительную методику 3D-флуоресцентной визуализации — объемную визуализацию с синхронным сканированием и считыванием на лету (VISoR).
В отличие от широко используемых методов 3D-оптической визуализации, VISoR устраняет потерю времени, вызванную перемещением и остановкой при переключении полей зрения для получения 2D-серий изображений. Образец при сканировании непрерывно перемещается, что позволяет сократить время визуализации более чем в 10 раз.
Исследователи также решили проблему сложных кортикальных складчатых структур и низкой прозрачности тканей мозга. Всё это позволило провести визуализацию всего мозга макаки-резуса за 100 часов с разрешением 1×1×2,5 микрона.
Полученные ими результаты занимают более петабайта памяти — 1000 терабайт. Чтобы обработать такой объем информации, ученые обратились к искусственному интеллекту. В этом им помогли ученые из Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Профессор Дэвид К. Ван Эссен из университета Вашингтона в Сент-Луисе назвал эту работу «техническим прорывом, который знаменует собой ошеломляющий прогресс в нашей способности точно и эффективно отображать нейронные связи на больших расстояниях во всем мозге макаки».
Подробная карта мозга обезьян послужит основой для изучения неврологических отклонений у человека, что поможет в лечении широкого спектра неврологических заболеваний. Новая технология получения 3D-изображений может быть использована для изучения внутренней структуры и работы любого органа.
