Современной МРТ достаточно, чтобы обнаружить опухоль головного мозга. Но разрешения снимка всё ещё недостаточно для визуализации микроскопических особенностей мозга, которые позволят разобраться в его устройстве.
К 50-летию первой МРТ учёные из Центра микроскопии In Vivo с коллегами из Теннесси, Пенсильвании, Питтсбурга и Индианы сделали отличный подарок: они смогли значительно улучшить разрешение МРТ, получив самые чёткие изображения мозга мыши из когда‑либо сделанных. Это научный эквивалент перехода от пиксельной 8-битной графики к фотореалистичным картинам Чака Клоуза.
Один воксель (объёмный пиксель) новых изображений имеет размер всего 5 микрон. Это в 64 миллиона раз меньше, чем воксель клинической МРТ.
Усовершенствованная МРТ — это новый способ визуализации взаимосвязей в мозге с рекордным разрешением. И хотя исследователи сосредоточили своё внимание на мышах, а не на людях, изучение мозга мыши приведёт к лучшему пониманию работы мозга и у людей тоже. Позволит узнать, как мозг меняется с возрастом, из-за диеты или нейродегенеративных заболеваний вроде болезни Альцгеймера.
Новая работа является кульминацией почти 40-летних исследований в Центре микроскопии. За четыре десятилетия исследователи усовершенствовали многие элементы, которые в совокупности сделали возможным революционное разрешение МРТ.
Одними из ключевых изменений в оборудовании, которые сделали возможным такое мощное разрешение являются:
- более мощный магнит (большинство клинических МРТ сделаны на базе магнита от 1,5 до 3 Тесла, а в новом используется магнит 9,4 Тесла).
- Набор градиентных катушек, которые помогают создать изображение мозга, мощнее в 100 раз, чем в клинической МРТ.
- Высокопроизводительный компьютер, эквивалентный почти 800 ноутбукам, работающим на полную мощность, для отображения одного снимка мозга.
После сканирования снимок отправляют на визуализацию с использованием другого метода, называемого световой листовой микроскопии. Этот метод даёт возможность маркировать определенные группы клеток по всему мозгу, например, клетки, вырабатывающие дофамин. Это позволяет наблюдать за прогрессированием болезни Паркинсона.
Затем команда сопоставляет изображения светового листа, которые дают очень точное представление о клетках мозга, с исходным МРТ‑снимком, который является более анатомически точным и обеспечивает четкое представление о клетках и связях по всему мозгу.
Благодаря этим комбинированным изображениям исследователи могут заглянуть в микроскопические тайны мозга. Один набор МРТ‑снимков показывает, как с возрастом у мышей меняются связи в мозгу, а также демонстрирует, что определенные области, такие как субикулюм, связанный с памятью, с возрастом изменяются сильнее, чем остальная часть мозга мыши.
Другой набор изображений показывает цепочку радужных мозговых связей, которые подчеркивают заметное ухудшение состояния нейронных сетей в мышиной версии болезни Альцгеймера.
Есть надежда, что, превратив МРТ в ещё более мощный микроскоп, можно будет лучше понять человеческие заболевания, такие как болезнь Гентингтона, болезнь Альцгеймера и другие.
Исследования, проведенные при поддержке Национального института старения, показали, что даже скромные диетические и лекарственные методы могут привести к тому, что животные будут жить на 25% дольше. Но будет ли их мозг функционировать так же хорошо? Смогут ли люди, если их жизнь увеличится на четверть, разгадывать кроссворды? Благодаря новой технологии это можно будет узнать.