Визуализация очень сложной сети нервов в мозге стала возможной благодаря команде ученых из Гарвардской медицинской школы. Новый метод называется “рентгеновская голографическая нано-томография (XNH)” и может отображать нейронные цепи в изображении с высоким разрешением.
Человеческий мозг имеет более 100 миллиардов нейронов с более чем 100 триллионами нервных связей. Наличие точной карты мозга человека уже давно стало святым граалем неврологии. Но если бы это было точно достигнуто, ученые могли бы получить доступ к изучению функций нашего тела, мыслей, воспоминаний или поведения на беспрецедентном уровне.
Сообщая о своем последнем открытии в журнале Nature, команда объясняет, что их техника до сих пор успешно изображала нейронные пути в мозге мыши, а также в плодовой мушке.
Метод включает в себя искусственный интеллект (ИИ) для построения 3D-изображений в мозге, что дает возможность четко различать отдельные нейроны и их пути, ведущие к мышце. И говорят, что новый метод рентгеновской микроскопии намного опережает методы электронной микроскопии (ЭМ), которые используются для таких применений сегодня. Новая техника способна визуализировать большие участки нервной ткани за более короткое время.
Новая используемая техника
В предыдущих попытках ученым удалось полностью отобразить мозг плодовой мухи. Это было сделано с помощью “последовательных срезов мозга”, которые в 1000 раз тоньше, чем прядь человеческого волоса. Затем срезы были визуализированы с помощью ЭМ. Затем разделенные изображения были объединены для анализа. Но подобные методы могут быть очень дорогостоящими и трудоемкими, что также требует экспертных знаний.
Но в новой методике XNH он делает вращающиеся рентгеновские снимки тела/ ткани, которые похожи на компьютерную томографию. Но здесь он использовал высокоэнергетические рентгеновские лучи, генерируемые синхротроном ESRF, где электроны ускоряются до скорости, близкой к скорости света, по кругу длиной 844 метра.
Подвергнутая воздействию ткань находится в криогенном состоянии, которое защищает ее от повреждения рентгеновскими лучами. Когда рентгеновский луч проходит через него, он фиксирует тонкие изменения в проходящих тканях, и это помогает ему создавать изображение.
Полученные изображения были интерпретированы ИИ, чтобы отличить нервы от тканей. В ходе исследования ученые сделали рентгеновский снимок нервных тканей размером в миллиметр, а затем построили их 3D-изображения. Их разрешение составляло около 87 нанометров, что позволяло четко отображать отдельные нейроны и их пути. Все это было достигнуто в течение нескольких дней, в то время как текущие процедуры могут занять до нескольких месяцев или даже лет.
По словам Вэй-Чуна Аллена Ли, соавтора исследования, “мы думаем, что это откроет новые возможности для понимания мозга, как в том, как он организован, так и в схемах, лежащих в основе его функции. Этот тип знаний может дать нам фундаментальное понимание неврологических расстройств, заболеваний, влияющих на структуру мозга, и многого другого.”
