Ερευνητές δημιούργησαν το πρώτο υψηλής ανάλυσης 3D ψηφιακό μοντέλο του ανθρώπινου εγκεφάλου, το οποίο ονομάστηκε «Big Brain» («Μεγάλος Εγκέφαλος»).
Ο πιο αναλυτικός χάρτης
Σε αυτόν τον τόσο αναλυτικό χάρτη αποτυπώνεται η ανατομία του εγκεφάλου με κάθε λεπτομέρεια, επιτρέποντας στους επιστήμονες να διακρίνουν περιοχές με πάχος πολύ μικρότερο από αυτό μιας ανθρώπινης τρίχας. Το εξονυχιστικό μοντέλο που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science» αναμένεται να διατεθεί δωρεάν online ώστε να αποτελέσει μια πλατφόρμα χρήσιμη για όλους τους νευροεπιστήμονες.
Η διεθνής ερευνητική ομάδα χρειάστηκε να «τεμαχίσει» τον εγκέφαλο μιας 65χρονης γυναίκας μετά θάνατον σε 7.400 κομμάτια. Το κάθε κομμάτι είχε πάχος της τάξεως των 20 μικρομέτρων – το ένα πέμπτο του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας. Στη συνέχεια οι επιστήμονες σημάδεψαν με ειδικές χρωστικές την κάθε «φέτα» του εγκεφάλου προκειμένου να αποκαλυφθούν οι ανατομικές της λεπτομέρειες και σκάναραν τις εικόνες σε έναν υπερυπολογιστή. Το τελικό βήμα ήταν να «συναρμολογηθούν» ξανά όλες οι εικόνες στον υπολογιστή για να παραχθεί ο συνολικός χάρτης.
«Σύλληψη» 80 δισ νευρώνων
Το όλο επίπονο ερευνητικό πρόγραμμα διήρκεσε 10 έτη – απαιτήθηκαν 1.000 ώρες δουλειάς μόνο στον υπερυπολογιστή – και κατά τη διάρκειά του «συνελήφθησαν» 80 δισεκατομμύρια νευρώνες.
Το αποτέλεσμα ήταν ένας τρισδιάστατος ψηφιακός εγκέφαλος υψηλής ανάλυσης στον οποίο ο κάθε ενδιαφερόμενος μπορεί να ζουμάρει ώστε να μελετήσει με λεπτομέρεια όποια περιοχή του επιθυμεί.
Όπως χαρακτηριστικά ανέφερε μια εκ των συμμετεχόντων στη μελέτη, η καθηγήτρια Κάτριν Αμουντς από το Ερευνητικό Κέντρο Julich στη Γερμανία «ο χάρτης που δημιουργήσαμε μοιάζει με το Google Earth του εγκεφάλου. Μπορεί κάποιος να δει λεπτομέρειες οι οποίες δεν ήταν ορατές προτού να έχουμε στα χέρια μας αυτήν την τρισδιάστατη αποτύπωση».
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα ειδικό εργαλείο που ονομάζεται μικροτόμος προκειμένου να τεμαχίσουν έναν ανθρώπινο εγκέφαλο που διατηρείτο σε κερί παραφίνης σε φέτες με πάχος μόλις 20 μικρομέτρων έκαστη. Ο εγκέφαλος τεμαχίσθηκε σε περισσότερα από 7.400 κομμάτια (Credit: Amunts, Zilles, Evans et al.).
50 φορές υψηλότερη ανάλυση
Η ανάλυση του μοντέλου είναι 50 φορές υψηλότερη σε σύγκριση με εκείνη των προηγούμενων παρόμοιων χαρτών. Μέχρι σήμερα η ακριβής θέση των νευρώνων που δημιουργούν το νευρωνικό «δίκτυο» του εγκεφάλου ήταν πολύ δύσκολο να αποτυπωθεί, κυρίως επειδή η επιφάνεια του ανθρώπινου εγκεφάλου είναι καλυμμένη με «πτυχές». Η διενέργεια τομών του εγκεφάλου φέρνει στο φως μόνο δύο διαστάσεις, με αποτέλεσμα να μην είναι σαφές πού και πώς τα κύτταρα μέσα σε αυτές τις «πτυχές» οργανώνονται στον τρισδιάστατο χώρο.
Τώρα όμως, με δεδομένο ότι η ανάλυση των εικόνων που έλαβαν οι ερευνητές ήταν τόσο υψηλή, ο υπερυπολογιστής που χρησιμοποιήθηκε ήταν σε θέση να προσδιορίσει το τρισδιάστατο σχήμα της κάθε «πτυχής» του εγκεφάλου χωρίς να κάνει λάθος.
Χρήσιμο «εργαλείο»
Το καινούργιο μοντέλο αναμένεται να αποδειχθεί άκρως χρήσιμο σε ό,τι αφορά την πρωτοβουλία Brain Initiative η οποία ανακοινώθηκε πριν από λίγο καιρό από τον αμερικανό Πρόεδρο Μπαράκ Ομπάμα και έχει τον φιλόδοξο στόχο να χαρτογραφήσει σε βάθος τη δραστηριότητα του εγκεφάλου. «Δεν μπορεί κάποιος να χαρτογραφήσει τη λειτουργία του εγκεφάλου αν δεν είναι σε θέση να τη συσχετίσει με τη δομή του» εξήγησε ο Αρθουρ Τόγκα από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Λος Αντζελες που επίσης συμμετείχε στη μελέτη.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η νέα χαρτογράφηση θα αποκαλύψει πολλές, άγνωστες μέχρι σήμερα πτυχές (κυριολεκτικώς και μεταφορικώς) του εγκεφάλου ρίχνοντας φως και σε συγκεκριμένες νευρολογικές ασθένειες.
