Новости и мнения

Прекрасный ум

Человеческий мозг представляет собой организованную трехмерную сетку, состоящую из элегантных лентообразных волокон.

Мы часто вызываем в воображении образы человеческого мозга как птичье гнездо, толченное спагетти или джунгли скручивающихся проводов. Но мозг не является неорганизованным клубком нейронов, согласно новым исследованиям. Вместо этого он структурирован в трехмерную сетку из ленточных мозговых волокон, которые упорядоченно пересекают друг друга.

Исследователи из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне визуализировали простую геометрическую структуру человеческого мозга с помощью специализированного МРТ-сканера. Их результаты, описанные сегодня (29 марта) в Science, предоставляют систему координат для картирования нейронных путей – таких как долгота и широта для мозга. Архитектура может привести к новому пониманию развития и развития мозга.

«Куда бы они ни смотрели, они находили геометрический архитектурный принцип, который выходит за пределы какой-либо конкретной части мозга», – говорит Карл Фристон , научный директор Центра нейроизображений Wellcome Trust в Лондоне и органа по визуализации мозга, который не участвовал в исследовании. , «Это такая принципиально простая организация», – сказал Фристон, назвав работу «содержательной» и «убедительной».

Организация мозга приматов не была легким взломом. С тех пор как в 1800-х годах Сантьяго Рамон-и-Кахаль начал рассекать мозг животных и рисовать их тонкую структуру, ученые искали способы визуализации архитектуры мозга. Начиная с начала 1990-х годов ученые использовали методы трассирующих красителей для исследования отдельных нейрональных путей: впрыскивание красителя в живой мозг и наблюдение за его распространением вдоль отдельных аксонов, оставляя красочный след. Но в ходе этих исследований были обнаружены лишь маленькие кусочки мозга у нечеловеческих животных. И до недавнего времени не было хорошей техники для отображения связей в живом человеческом мозге.

В конце 1990-х годов Ван Ведин из Центра биомедицинских изображений Мартино при MGH разработал вариант магнитно-резонансной томографии, называемый диффузной МРТ, метод, который позволил ему наносить трехмерные волокна, такие как пучки аксонов, на весь живой мозг. , Начав с каждого сканируемого им мозга – кошки, крысы, обезьяны и человека – Ведин сразу же отметил организацию, что очень сильно отличалось от «парадигмы спагетти», описанной ранее.

«Было безошибочное чувство геометрического порядка», – сказал Ведин. Он вспомнил, что он видел архитектуру, которая была слишком красива и слишком хорошо сохранилась среди видов, чтобы быть случайной. «Я провел десять лет, нокаутируя себя, думая:« Это организовано, но как? »

Параллельные волокна мозга в двух направлениях показаны контрастными цветами ОБРАЗ ИЗОБРАЖЕНИЯ ВАН СРЕДИ, РАДИОЛОГИЯ MGH, ГАРВАРДСКАЯ МЕДИЦИНСКАЯ ШКОЛА

В 2010 году Ведин проанализировал закономерности пересечения и соприкосновения мозговых волокон. «Вот где все вскрылось», – сказал он. Возникла математическая закономерность: мозг был построен повсеместным геометрическим способом – параллельные и перпендикулярные волокна пересекаются друг с другом упорядоченным образом, образуя двумерный узор переплетения, как ткань, который вьется в трехмерном пространстве, как лента. Эта трехмерная сетка покрывала весь головной мозг, и отдельные пути были нанесены на карту в трех направлениях: спереди назад, сверху вниз и слева направо. Сетка была очень похожа у разных видов приматов, от сложного мозга человека и макак-резус до более простого мозга совы – обезьяны и мартышки.

«У мозга мертвый простой план, естественная система координат», – сказал Ведин, что имеет значение во многих областях нейробиологии. С одной стороны, простая структура помогает объяснить, как развивался сложный мозг. Старое восприятие мозга как запутанной массы нейронов не имело смысла с точки зрения естественного отбора: как тысячи волокон мозга могут соединяться и разъединяться случайным образом, образуя более сложную структуру? Простая геометрическая структура, однако, приспосабливает постепенные изменения, руководствуясь естественным отбором.

Новое понимание также помогает нам думать о развитии мозга, сказал Фристон. Подобное решетке расположение подразумевает, что химические градиенты, возникающие во время эмбриогенеза, помогают со временем формировать мозг в трех измерениях. «Мы не просто начинаем с какой-то простой схемы и теряем ее из-за случайности», – сказал он. «Вы фактически сохраняете элементную структуру [мозга] от рождения».

Ведин надеется работать с другими, чтобы подтвердить результаты, используя другие методы расследования. «МРТ все еще является макроскопическим выводом микроскопического феномена», – сказал он. «Чему мы могли бы научиться, собрав МРТ, электронную микроскопию, численное моделирование и многое другое?»

В.Д. Ведин и др. «Геометрическая структура путей волокон мозга», Science , 335, 1628-34, 2012.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *