В 64 миллиона раз нейробиологи увеличили разрешение МРТ-снимков мозга
Магнитно-резонансная томография (МРТ) — это способ визуализации мягких тканей, изображения которых трудно получить с помощью рентгеновских лучей. Но если МРТ обеспечивает достаточно хорошее разрешение, чтобы обнаружить опухоль мозга, то для визуализации микроскопических деталей мозга, раскрывающих его устройство, разрешение необходимо гораздо более высокое.
В ходе длившейся несколько десятилетий работы нейробиологи и инженеры под руководством Университета Дьюка радикально повысили разрешение МРТ, что позволило получить самые четкие изображения мозга мыши.
В этом году отмечается юбилей МРТ: в 1973 году Пол Лотербур опубликовал статью о принципах МРТ (за нее он получил Нобелевскую премию по медицине). Исследователи отметили эту дату тем, что создали снимки мозга мыши, которые значительно четче, чем обычная клиническая МРТ для людей. Ученые сравнивают достигнутый прогресс с картинами художника Чака Клоуза: он рисовал пиксельные картины на листочках тетрадки в клеточку, а потом перешел фотореалистичной манере.
Размер одного вокселя на новых изображениях, или кубического пикселя, составляет всего 5 микрон. Это в 64 миллиона раз меньше, чем воксел клинической МРТ.
Хотя исследователи сфокусировали магниты на мышах, а не на людях, усовершенствованная МРТ дает новый важный способ визуализации связей всего мозга с рекордным разрешением. Исследователи говорят, что новые знания, полученные при визуализации мозга мышей, в свою очередь, позволят лучше понять состояние человека. Например, как мозг изменяется с возрастом, как зависит от диеты, что происходит при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.
Мышь в магнитном поле
Новая МРТ позволяет получить изображения всего мозга мыши с разрешением в 64 миллиона раз лучше, чем клиническая МРТ. Duke Center for In Vivo Microscopy
Как был достигнут такой прогресс? Во-первых, это — невероятно мощный магнит (в большинстве клинических МРТ используется магнит от 1,5 до 3 Тесла; команда использует магнит 9,4 Тесла), во-вторых, специальный набор градиентных катушек, которые в 100 раз сильнее, чем в клинических МРТ. То есть, ученые использовали очень мощные магнитные поля. Это делает затруднительным применение именно этого метода для МРТ человека. Не повредит ли?
После того как команда «просканирует все, что только можно», снимки специальным образом размечаются и раскрашиваются. Эта дополнительная обработка дает возможность помечать определенные группы клеток в мозге, например, клетки, выделяющие дофамин, для наблюдения за развитием болезни Паркинсона.
Ученые получили набор МРТ-изображений, который показывает, как с возрастом у мышей изменяется связность всего мозга и отдельных регионов. Например, связанный с памятью гиппокамп, изменяется сильнее, чем остальной мозг мыши. Другой набор изображений демонстрирует разрушение нейронных сетей в мышиной модели болезни Альцгеймера.
Есть надежда, что, сделав МРТ еще более мощным (а такая возможность есть), ученые смогут лучше понять мышиные модели человеческих заболеваний, таких как болезнь Хантингтона, болезнь Альцгеймера и другие. А это должно привести к лучшему пониманию того, как подобные вещи функционируют у людей.
«Исследования показали, что скромные диетические и лекарственные вмешательства могут привести к тому, что животные или даже человек будут жить на 25% дольше», — говорит руководитель исследования и ведущий автор Г. Аллан Джонсон. - «Вопрос в том, сохраняется ли мозг в нормальном состоянии в течение этой дополнительной жизни? Может ли мозг по-прежнему разгадывать кроссворды или решать судоку? И теперь у нас есть возможность увидеть, как все происходит на самом деле».
Если врачи и нейробиологи увидят мозг в таком разрешении, многие вопросы, казавшиеся неразрешимыми, просто отпадут