Nemačka naučnica iscrtava digitalni atlas ljudskog mozga

Nemačka naučnica iscrtava digitalni atlas ljudskog mozga

Proslavljena nemačka neuronaučnica posvetila je čitavu svoju karijeru pionirskoj rekonstrukciji ljudskog mozga u 3D zapisu.
23.2.17

Prošla decenija bila je velika za neuronauku. Mnogi od velikih proboja — od razumevanja kako se regeneriše šizofreni mozak do toga kako na mozak deluju psihoaktivne droge — bili su mogući jedino zahvaljujući impresivnim pomacima u tehnologiji neuro-skeniranja. U tom pogledu, Projekat "Ljudski mozak" Evropske Unije kategorija je za sebe.

Projekat "Ljudski mozak" je decenijska inicijativa usredsređena na široku lepezu različitih platformi u vezi sa ljudskom neuronaukom, ali u njegovoj srži nalazi se BigBrain, najdetaljniji 3D atlas ljudskog mozga ikad napravljen. BigBrain omogućuje istraživačima da bolje prouče pokazatelje neuroloških bolesti i načine na koji lekovi deluju na bolesne mozgove, utirući put drastično poboljšanim dijagnozama i lečenjima.

Reklame

Na čelu projekta BigBrain nalazi se Katrin Amunts, 54-godišnja direktorka Instituta neuronauke i medicine pri Istraživačkom centru Jülich u Nemačkoj. Karijera Amuntsove kao neuronaučnice započela je 1989. godine kad je doktorirala na Institutu za istraživanje mozga u Moskvi, ali prema njenim rečima, ona je ljudskim mozgom bila fascinirana mnogo duže.

"Moje zanimanje za neuronauku počelo je još u srednjoj školi, na drugoj ili trećoj godini", rekla je Amunts za VICE. "Otkrila sam da je neuronauka najzanimljivija i kul tema koju sam imala."

Amunts je rođena i odrasla u Istočnoj Nemačkoj, a tokom hladnog rata većina njenog visokog školovanja odigrao se u Rusiji. Na početku karijere, ona se usredsredila na istraživanje ćelijske strukture dece sa dečjom paralizom. Kad je zid pao 1989. godine, preselila se u Dizeldorf u Zapadnoj Nemačkoj i njena fascinacija arhitekturom mozga uzela je širokog maha kad se devedesetih upustila u rane pokušaje mapiranja mozga.

Katrin Amunts sa Joakimom Gaukom, predsednikom Nemačke. Slika posredstvom Katrin Amunts

Ti napori na kraju su kulminirali sa BigBrain-om, koji je 2013. godine postao najdetaljnija 3D mapa mozga ikad napravljena. Pre BigBrain-a, najosetljiviji sistemi snimanja magnetnom rezonancom mogli su da ostvare prostornu rezoluciju od svega 1 milimetra, što je bilo preveliko za ćelijsku rezoluciju. BigBrain je spektakularno nadmašio prethodnu rezoluciju ponudivši 3D model ultra-visoke rezolucije razmere od 20 mikrometara — i dalje malo veće od ćelijske razmere, ali neznatno.

3D model koji je izradio BigBrain bio je zasnovan na mozgu 65-godišnjeg muškarca koji je isečen u 7.400 delova debljine od 20 mikrometara. Ti delovi su potom osenčeni kako bi prikazali različita ćelijska tela, a potom skenirani kako bi omogućili digitalnu sliku od oko 13.000 puta 11.000 piksela.

Reklame

Ovo dostignuće neuro-skeniranja bilo je impresivno 2013. godine, ali danas Amunts i njene kolege rade na još impresivnijem zadatku.

"Moja nada je da ćemo uspeti da postignemo još veću rezoluciju", rekla je Amunts. "Sa rezolucijom od jednog mikrometra možemo da slikamo i analiziramo svaku ćeliju u ljudskom mozgu i dobijemo ćelijski model ljudskog mozga u nekoliko narednih godina."

Superkompjuteri koji stoje iza projekata BigBrain . Slika: Jülich Supercomputing Center

Kao što Amunts ističe, taj zahvat je ogroman. Skeniranje preko 7.000 delova mozga u visokoj rezoluciji zahteva mesece i meseca rada, a na kraju svega ona i njena kolege moraju da filtriraju više od 8 petabajtova podataka i uz njihovu pomoć potom rekonstruišu 3D model mozga. Da bi to postigao, projekat BigBrain udružio se sa Superkompjuterskim centrom Jülich i započeo proces.

"Mislim da ovakav pristup ljudskom mozgu prosto nije moguć u samo jednom koraku, niti čak u samo jednoj zemlji, jer je sve isuviše složeno", rekla je Amunts. "Da bismo premostili sve te različite razmere, da bismo ih pomešali i izvukli informacije o tome kako te razmere mogu da se prevedu jedna u drugu, to je ostvarivo samo u jednom veoma velikom projektu,  a Projekat 'Ljudski mozak' te ciljeve omogućuje. Sad smo se s ovim našli u punoj brzini i to mi se najviše sviđa oko svega."