21.07.2016 17:26 Новая карта человеческого мозга показывает, что некоторые из наиболее важных частей были проигнорированы

Карта объединяет в себе более чем столетие исследований, от анатомических моделей, основанных на бумажной толщины ломтиках трупного мозга, до современных изображений МРТ.

Представьте себе, что первая карта, которую вы могли вы когда-либо видеть в Соединенных Штатах была просто грубым карандашным наброском границ страны, содержащим лишь около половины государственных границ.

Это, по существу, тип диаграммы, которые ученые использовали в качестве карты человеческого мозга в течение более чем 100 лет.

К счастью, это скоро изменится.

Комбинируя данные из нескольких методов визуализации, международная коалиция исследователей создала одну из самых точных карт человеческого мозга, которую когда-либо можно было увидеть. Новая карта, опубликованная в журнале Nature, делит мозг на 180 уникальных мозговых областей, из которых 97 никогда ранее не были идентифицированы.

"Это нечто такое об отображении мозга, чем мы очень рады поделиться с миром," говорит Дэвид Ван Эссен, один из авторов публикации и бывший сотрудник, получивший звание профессора неврологии в Медицинской школе Вашингтонского университета (Washington University Medical Schoo) в Сент-Луис, штат Миссури.

Чтобы сделать это, ученые объединили столетие исследований мозга, от анатомических моделей 20-го века на основе подкрашенных бумажной толщины ломтиках трупного мозга, до современных изображениях МРТ, предназначенных, чтобы показать активность мозга живых людей.

Она невероятно передовая; футуристическая, даже. Но она также основана на методе исследования, которое было вокруг в течение сотен лет: картирование.

Картирование мозга

Прогуляйтесь за пределами вашего дома, и вы заметите, что рельеф местности изменится. За пределами вашей двери, ваши ноги могут коснуться дерева или цемента - это, возможно, ваш внутренний. Но сделайте еще несколько шагов, и вы на траве. Еще несколько шагов, и вы достигнете асфальта на стоянке или цемент тротуара. Возможно, вы достигнете стены, забора или другую физическую границу.

Этот подход аналогичен тому, что исследователи использовали для навигации в мозге. Как и любопытные туристы, они кочевали по глубокому лабиринту коры и сделали подробные записи о том, что они увидели. Каждый раз, когда они достигали места, где изменилась местность, они отмечали его как другую часть мозга.

"Мы искали, где части с изменениями карты - так, например, как вы увидите, что архитектура будет меняться, как только вы шагнули за границу", - по словам Мэтью Глассер, соавтора статьи и аспиранта лаборатории Van Essens в Вашингтонском университете в Сент-Луисе.

Тем не менее, архитектурные различия уже могут сказать нам так много. На открытом воздухе клочок травы может быть признаком футбольного поля, например, но это также может быть собачий парк. Кирпичная стена может указывать на библиотеку, но это также может быть признаком школы. Таким образом, вместо того, чтобы полагаться на одну единственную особенность или "модальность", ученые объединяют многочисленные исследования, которые рассмотрели различные функции. МРТ, например, используются для измерения активности мозга, в то время как участники занимаются определенной задачей, такой как чтение или просмотр фильма или в то время как они просто позволяли рассеиваться их умам.

Объединение данных из всех этих исследований выявлено 97 ранее неопознанных областей мозга, которые в будущем ученые могли бы углубленно исследовать для того, чтобы взглянуть на причины конкретных заболеваний или болезни - и распознать или придумать лечение.

"Остров в себе"

Из всех 97 новых регионов или "отпечатков пальцев", которые ученые локализовали впервые, выделялись, в частности, одна область: регион, называемый 55B, который, как полагают, играют ключевую роль в том, как мы обрабатываем язык.

Расположенная на вершине и в середине мозга, 55В в значительной степени игнорировалась около ста лет. В 1956 стать немецкого анатома Адольфа Хопфа - одного из немногих исследований этой области, на которое наткнулись исследователи - этот регион был просто помечен "55В".

В статье Хопфа предположил, что 55B был уникальным в коре головного мозга, потому что его нервные волокна, как представляется, были упакованы в гораздо меньшей степени изоляционным материалом, который называется миелин, чем областях, окружающих его. Этот уровень изоляции, или "миелинизации", с тех пор стал одним из ключевых особенностей, которые исследователи используют как признак уникальной области мозга. Ван Эссен и Глассер заметили то же самое, что упомянул Хопф. Но они заметили несколько другие вещи.

Когда Ван Эссен, Глассер, и их команда были участниками своего исследования, решая "языковую задачу" по слушании истории, подвергаясь сканированию их мозга с помощью МРТ, 55В светился активностью. В то же время, ее соседи - окружающие регионы мозга - оставались темными.

"Эта [область] является островом в себе", - сказал Ван Эссен.

Но это не означает, что 55B "исполняет соло", когда дело доходит до языка - совсем наоборот, на самом деле. Область Брока, например, - это область, которая была хорошо документирована в связи с ее ролью в языке, это участок также был активным в течение этих языковых задач, несмотря на расположение относительно далеко от 55В. Что говорит нам о том, что 55B является "частью сети, доминирующие компоненты которой расположены в разных частях лобной доли". И хотя данное исследование не раскрывает механизм того, как работает обработка языка или какую именно роль 55В может играть в том большом процессе, то что оно говорит нам не менее важно: "У нас есть новый малыш на языке блоков", - сказал Ван Эссен.

Будущие исследователи, которые будут специализироваться на языке, возможно, захотят посмотреть на 55B, чтобы уточнить причины конкретных недомоганий, травм или заболеваний, или даже посмотреть, как наши коммуникативные способности могли бы развиться в течение долгого времени.

От карты мозга к "коннектому"

Несмотря на столетия исследований, большая часть нашего мозга остается загадочной.

На самом деле, много того, что мы знаем, основано на карте мозга, созданной немецким анатомом Корбинианом Бродманом в 1909. Зоны Бродмана, насколько они известны сегодня, основаны на цитоархитектуре мозга - как его миллиарды клеток сложены и организованы.

Вот образ областей Бродманна, которые включают в регионы, которые, как полагают, участвуют в управлении моторикой, зрением, слухом, и нашим тактильным чувством:

С тех пор ученые придумали небольшое количество чуть более современных методов, с помощью которых можно смотреть на мозг, такие как МРТ, функциональное МРТ в состоянии покоя, а также картирование миелина (как показано ниже), но даже они сильно ограничены по своему охвату и детализации. "Это хотя и до сих пор, а более половины пейзажа было размыто или нечетко для всех", - сказал Ван Эссен. Комбинируя их, исследователи считают, что они смогут предложить одну из наиболее детальных и точных карт.

Ранее в этом году другая группа исследователей из Вашингтонского университета в Сент-Луисе добились определенного прогресса в направлении решения этой проблемы. В своей статье, опубликованной в январе в журнале Cerebral Cortex, они использовали данные МРТ такого типа, который называется МРТ (функциональное МРТ) в состоянии покоя (resting-state functional MRI, fMRI), чтобы начать засекать грубые границы некоторых из "отпечатков пальцев", которые Ван Эссен и его команда позже детально идентифицировали.

Вот изображение, созданное, чтобы показать продвижение исследователей к созданию более подробных карт мозга:

А вот посмотрите на последнюю карту:

Новая карта является частью более широкой инициативы под названием Human Connectome Project, которая началась в 2012 году при финансовой поддержке Национального института здоровья. В 2010 году MIT нейробиолог Себастьян Сеунг предложил в TED поговорить о том, что черты, которые делают нас человеком, приходят от того, что он назвал наш "коннектом" - запутанная паутина надежных информационных магистралей, которые перекрещивают различные части головного мозга. Наш "коннектом" несет ответственность за все наши мысли, мечты и действия.

Иначе говоря, "Я есть мой коннектом", - сказал Сунг.

В 1970-х годах, группа исследователей с использованием рудиментарных методов собрала первый полный "коннектом" - модель нейронов и связей, составляющих мозг червя под названием C. элеганс (C. elegans). Им потребовалось более десяти лет.

Современные исследователи имеют несколько более современные инструментов для соответствующих их цели: сканирование мозга. В течение последних пяти лет несколько групп исследователей использовали такое сканирование, чтобы стать ближе к сборке более полной карте человеческого мозга.

Конечно, работа в направлении сборки человеческого "коннектома" не без критиков, некоторые из которых заявили, что усилия по-прежнему не будет отвечать на фундаментальные вопросы о том, как мозг делает то, что он делает. Проект Human Connectome Project в 40 млн. USD, который первоначально планировалось выполнять в течение пяти лет, в настоящее время находится на своем шестом годе. Ученые, которые поддерживают это, говорят, что еще предстоит сделать много работы, - но будущее выглядит светлым.

"У нас есть этот кладезь информации", - сказал Ван Эссен. "Если вы просто взглянете на него, он не дает ответы на некоторые из наиболее актуальных вопросов, но это позволит нам смотреть достаточно подробно на то, что делает каждого из нас уникальным человеком."

Источник: South China Morning Post