Araştırmacılar, noninvaziv görüntüleme tekniklerini birleştirerek, insan beyninin dil üretimi için kritik bir alan olan Broca alanı olarak bilinen bir bölgesinin kapsamlı bir hücresel atlasını oluşturdular.
Yeni teknoloji, psikiyatrik hastalıkların yanı sıra epilepsi, otizm ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklarda meydana gelen patolojik değişikliklerin varlığı ve yayılmasına ilişkin bilgiler sağlayacak.
Şimdiye kadar bilimsel ilerlemeler, doğru ve ayrıntılı modeller oluşturmak için gerekli olan hücresel mimarinin bozulmamış 3 boyutlu görüntülerini üretemedi. Bilim'a bağlı Massachusetts Genel Hastanesi'ndeki araştırmacıların liderliğindeki bir ekip, Science Advances'da yayınlanan yeni araştırmada, beyin fonksiyonu ve sağlığını incelemek için ayrıntılı bir çözümle bu zorluğun üstesinden geldi.
Araştırmacılar, manyetik rezonans görüntüleme, optik koherens tomografi ve ışık levhası floresan mikroskobu dahil olmak üzere karmaşık görüntüleme tekniklerini kullanarak, dünyanın belirli bir bölgesinin yüksek çözünürlüklü hücre sayımı atlasını oluşturmak için herhangi bir tek yöntemle ilişkili sınırlamaların üstesinden gelmeyi başardılar. insan serebral korteksi veya beyin yüzeyinin dış katmanı. Ekip, ölüm sonrası bir insan örneği için böyle bir atlas oluşturdu ve bunu tüm beyin referans atlasına entegre etti.
Yeni boru hattına genel bakış. İnsan beyni örnekleri birden fazla yöntemle (MRI, OCT ve ışık levhalı floresan mikroskobu veya LSFM) birden çok ölçekte görüntülenir.
MGH
Computational Core'un yöneticisi, eş-kıdemli yazar Bruce Fischl şöyle diyor: “Piksellerin birkaç mikron olduğu görüntülerden, tüm beyni görüntüleyen görüntülere kadar, uzaysal ölçekte pek çok büyüklükte bilgiyi entegre etmek için gereken teknolojiyi geliştirdik.” Athinoula A. Martinos MGH Biyomedikal Görüntüleme Merkezi ve Bilim Tıp Fakültesi'nde radyoloji profesörü.
Sonuçta, bu çalışmadaki yöntemler, belirli beyin alanlarının yanı sıra tüm insan beyninin bozulmamış 3 boyutlu hücresel modellerini yeniden yapılandırmak için kullanılabilir; bu da araştırmacıların bireyler arasındaki ve tek bir birey içindeki zaman içindeki değişkenliği değerlendirmesine olanak tanır.
“Bu ilerlemeler, insan beyninin hakkında çok az şey bildiğimiz mezoskopik yapısını anlamamıza yardımcı olacak. Fischl, yapıların standart bir mikroskop sahnesinde 2 boyutlu kesitlere bakılarak analiz edilemeyecek kadar büyük ve geometrik açıdan karmaşık, ancak yaşayan insan beyninde rutin olarak görülemeyecek kadar küçük olduğunu söylüyor.
“Şu anda bu mekansal ölçekte beyin yapısı için kesin normatif standartlara sahip değiliz, bu da epilepsi, otizm ve Alzheimer hastalığı gibi beyin yapısını etkileyebilecek bozuklukların etkilerini ölçmeyi zorlaştırıyor.”
Diğer ortak yazarlar arasında Irene Costantini, Leah Morgan, Jiarui Yang, Yael Balbastre, Divya Varadarajan, Luca Pesce, Marina Scardigli, Giacomo Mazzamuto, Vladislav Gavryusev, Filippo Maria Castelli1, Matteo Roffilli, Ludovico Silvestri, Jessie Laffey, Sophia Raia, Merina Varghese yer alıyor. , Bridget Wicinski, Shuaibin Chang, Anderson Chen I-Chun, Hui Wang, Devani Cordero, Matthew Vera, Jackson Nolan, Kimberly Nestor, Jocelyn Mora, Juan Eugenio Iglesias, Erendira Garcia Pallares, Kathryn Evancic, Jean Augustinack, Morgan Fogarty, Adrian V Dalca, Matthew Frosch, Caroline Magnain, Robert Frost, Andre van der Kouwe, Shih-Chi Chen, David A. Boas, Francesco Saverio Pavone ve Patrick R. Hof.
Bu araştırmaya destek kısmen BRAIN Girişimi Hücre Sayımı Ağı, Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü, Ulusal Yaşlanma Enstitüsü, Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü, Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü, Eunice Kennedy Shriver tarafından sağlanmıştır. Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsan Gelişimi Enstitüsü, Chan-Zuckerberg Girişimi DAF, Silikon Vadisi Topluluk Vakfı'nın tavsiyeli fonu, Paylaşılan Cihazlar, Sinirbilim Araştırmaları için NIH Planı, Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik Çerçeve Programı, Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 Araştırma Çerçeve Programı ve Yenilik, Marie Skłodowska-Curie, Euro-Bioimaging İtalyan Düğümü çerçevesinde İtalya Eğitim Bakanlığı, Avrupa Araştırma Konseyi, Alzheimer'Research UK, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve “Fondazione CR Firenze” (özel vakıf) İnsan Beyni Optik Haritalaması.
Yeni teknoloji, psikiyatrik hastalıkların yanı sıra epilepsi, otizm ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklarda meydana gelen patolojik değişikliklerin varlığı ve yayılmasına ilişkin bilgiler sağlayacak.
Şimdiye kadar bilimsel ilerlemeler, doğru ve ayrıntılı modeller oluşturmak için gerekli olan hücresel mimarinin bozulmamış 3 boyutlu görüntülerini üretemedi. Bilim'a bağlı Massachusetts Genel Hastanesi'ndeki araştırmacıların liderliğindeki bir ekip, Science Advances'da yayınlanan yeni araştırmada, beyin fonksiyonu ve sağlığını incelemek için ayrıntılı bir çözümle bu zorluğun üstesinden geldi.
Araştırmacılar, manyetik rezonans görüntüleme, optik koherens tomografi ve ışık levhası floresan mikroskobu dahil olmak üzere karmaşık görüntüleme tekniklerini kullanarak, dünyanın belirli bir bölgesinin yüksek çözünürlüklü hücre sayımı atlasını oluşturmak için herhangi bir tek yöntemle ilişkili sınırlamaların üstesinden gelmeyi başardılar. insan serebral korteksi veya beyin yüzeyinin dış katmanı. Ekip, ölüm sonrası bir insan örneği için böyle bir atlas oluşturdu ve bunu tüm beyin referans atlasına entegre etti.
Yeni boru hattına genel bakış. İnsan beyni örnekleri birden fazla yöntemle (MRI, OCT ve ışık levhalı floresan mikroskobu veya LSFM) birden çok ölçekte görüntülenir.
MGH
Computational Core'un yöneticisi, eş-kıdemli yazar Bruce Fischl şöyle diyor: “Piksellerin birkaç mikron olduğu görüntülerden, tüm beyni görüntüleyen görüntülere kadar, uzaysal ölçekte pek çok büyüklükte bilgiyi entegre etmek için gereken teknolojiyi geliştirdik.” Athinoula A. Martinos MGH Biyomedikal Görüntüleme Merkezi ve Bilim Tıp Fakültesi'nde radyoloji profesörü.
Sonuçta, bu çalışmadaki yöntemler, belirli beyin alanlarının yanı sıra tüm insan beyninin bozulmamış 3 boyutlu hücresel modellerini yeniden yapılandırmak için kullanılabilir; bu da araştırmacıların bireyler arasındaki ve tek bir birey içindeki zaman içindeki değişkenliği değerlendirmesine olanak tanır.
“Bu ilerlemeler, insan beyninin hakkında çok az şey bildiğimiz mezoskopik yapısını anlamamıza yardımcı olacak. Fischl, yapıların standart bir mikroskop sahnesinde 2 boyutlu kesitlere bakılarak analiz edilemeyecek kadar büyük ve geometrik açıdan karmaşık, ancak yaşayan insan beyninde rutin olarak görülemeyecek kadar küçük olduğunu söylüyor.
“Şu anda bu mekansal ölçekte beyin yapısı için kesin normatif standartlara sahip değiliz, bu da epilepsi, otizm ve Alzheimer hastalığı gibi beyin yapısını etkileyebilecek bozuklukların etkilerini ölçmeyi zorlaştırıyor.”
Diğer ortak yazarlar arasında Irene Costantini, Leah Morgan, Jiarui Yang, Yael Balbastre, Divya Varadarajan, Luca Pesce, Marina Scardigli, Giacomo Mazzamuto, Vladislav Gavryusev, Filippo Maria Castelli1, Matteo Roffilli, Ludovico Silvestri, Jessie Laffey, Sophia Raia, Merina Varghese yer alıyor. , Bridget Wicinski, Shuaibin Chang, Anderson Chen I-Chun, Hui Wang, Devani Cordero, Matthew Vera, Jackson Nolan, Kimberly Nestor, Jocelyn Mora, Juan Eugenio Iglesias, Erendira Garcia Pallares, Kathryn Evancic, Jean Augustinack, Morgan Fogarty, Adrian V Dalca, Matthew Frosch, Caroline Magnain, Robert Frost, Andre van der Kouwe, Shih-Chi Chen, David A. Boas, Francesco Saverio Pavone ve Patrick R. Hof.
Bu araştırmaya destek kısmen BRAIN Girişimi Hücre Sayımı Ağı, Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü, Ulusal Yaşlanma Enstitüsü, Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü, Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü, Eunice Kennedy Shriver tarafından sağlanmıştır. Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsan Gelişimi Enstitüsü, Chan-Zuckerberg Girişimi DAF, Silikon Vadisi Topluluk Vakfı'nın tavsiyeli fonu, Paylaşılan Cihazlar, Sinirbilim Araştırmaları için NIH Planı, Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik Çerçeve Programı, Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 Araştırma Çerçeve Programı ve Yenilik, Marie Skłodowska-Curie, Euro-Bioimaging İtalyan Düğümü çerçevesinde İtalya Eğitim Bakanlığı, Avrupa Araştırma Konseyi, Alzheimer'Research UK, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve “Fondazione CR Firenze” (özel vakıf) İnsan Beyni Optik Haritalaması.