Dies ist das erste 3D-Mikrostrukturmodell des gesamten menschlichen Gehirns und steht Forschern weltweit kostenlos zur Verfügung.
Stellen Sie sich vor, Sie können in das Gehirn hineinzoomen, um verschiedene Zellen zu sehen, wie wir in Google Maps der Welt hineinzoomen und Häuser auf einer Straße sehen. Und denken Sie daran, dass das Gehirn mit 86 Milliarden Neuronen als die komplexeste Struktur im Universum gilt. Zoomen ist jetzt dank eines neuen Gehirnatlas mit beispielloser Auflösung möglich. BigBrain ist das erste 3D-Mikrostrukturmodell des gesamten menschlichen Gehirns und steht Forschern weltweit kostenlos und öffentlich zur Verfügung. Die Ergebnisse des BigBrain-Modells, das am Montreal Neurological Institute and Hospital (The Neuro, McGill University) in Zusammenarbeit mit Forschern des Forschungszentrums Jülich erstellt wurde, werden heute in der Science-Ausgabe vom 20. Juni veröffentlicht (https: //www.sciencemag .org / content / 340/6139/1472).
Modell des menschlichen Gehirns. Image credti: Shutterstock / cesc_assawin
„Der BigBrain-Atlas bietet nahezu zelluläre Auflösung, dh Details, die nahe an der Ebene der Zelle liegen, eine Fähigkeit, die für das menschliche Gehirn bisher in 3D nicht verfügbar war“, sagt Dr. Alan Evans, Forscher bei The Neuro, Mitbegründer des International Consortium for Brain Mapping und Mitersteller des Atlas. „Um BigBrain in den Griff zu bekommen, können wir die heutigen MRTs mit einer räumlichen 3D-Auflösung von 1 mm berücksichtigen. Im Vergleich dazu ist der BigBrain-Datensatz in jeder Dimension 50-mal kleiner und bietet eine unvergleichliche räumliche Auflösung. Der BigBrain-Datensatz ist 125.000-mal (50 x 50 x 50) größer als eine typische MRT und hat ein Volumen von 1 Terabyte, was 1000 GB entspricht. “Forscher auf der ganzen Welt können Gehirnabschnitte von der BigBrain-Website herunterladen bigbrain.loris.ca. Big Brain wird aus 7404 histologischen Gehirnschnitten rekonstruiert, die für Zellkörper gefärbt und anschließend digitalisiert wurden. Dabei werden die jüngsten Fortschritte bei den Rechenkapazitäten, der Analyse von Gehirnbildern und die Erfahrungen der Teams bei der Verarbeitung vollständiger histologischer Gehirnschnitte genutzt.
Der Auflösungszuwachs entspricht dem Übergang von älteren Linienkarten zu Google-Satellitenbildern. Das Vergrößern älterer Karten bietet keine weiteren Details oder Informationen. In ähnlicher Weise liefert das Vergrößern eines MRT-Scans keine weiteren Details - es zeigt nur die blockartige 1-mm-Pixelierung. Der BigBrain-Hirnatlas ist das Äquivalent zu Google Street View. Das Einzoomen bietet eine neue Informationsebene, die in 3D bisher nicht angeboten wurde.
Aktuelle Atlanten, die auf histologischen Schnitten basieren, sind in 2D. BigBrain definiert diese traditionellen Neuroanatomie-Karten wie die von Brodmann neu, indem es mithilfe vollautomatischer 3D-Techniken eine Ultra-Ansicht des Gehirns bietet. Auf MRT basierende Atlanten ermöglichen keine Integration von Informationen auf der Ebene von kortikalen Schichten, Spalten, Mikrokreisen oder größeren Zellen. Mit BigBrain können Forscher mit einer Auflösung von 20 Mikron (1000 Mikron in einem Millimeter) im gesamten Gehirn sehen.
Die Auswirkungen von BigBrain auf die Erforschung und Analyse des menschlichen Gehirns sind unzählig. Es kann verwendet werden, um Daten aus einer Vielzahl von Modalitäten zu integrieren und zu korrelieren: genetische, molekulare Neurowissenschaften, elektrophysiologische und pharmakologische. Es wird Computermodelle zur Simulation von Gehirnfunktionen, normaler Entwicklung und krankheitsbedingter Degeneration ermöglichen und beschleunigen. BigBrain wird die Bedeutung und Interpretation von dynamischen In-vivo-Daten mit niedriger Auflösung, die durch MRT und PET erhalten werden, erheblich verbessern, indem die Daten mit den enormen Details und der räumlichen Auflösung des statischen BigBrain-Atlas kombiniert werden. Es wird die neurochirurgischen Verfahren verbessern, zum Beispiel die Platzierung von tiefen Hirnstimulatoren, und die klinische Forschung vorantreiben, zum Beispiel die Lokalisierung der Stelle der hartnäckigen Epilepsie auf bestimmte Arten von Nervenzellen.
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