Sinirbilim

Tüm Fare Beynini Eşi Görülmemiş Ayrıntıda Ortaya Çıkarmak: Beyin Görüntüleri 64 Milyon Kez Daha Keskin Oldu

Özet: Araştırmacılar, MRI görüntüleme teknolojisinin çözünürlüğünü önemli ölçüde iyileştirerek, fare beyninin şimdiye kadar oluşturulmuş en net görüntülerine yol açtı.

Kaynak: Duke Üniversitesi

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), X-ışınları ile görüntülenmesi zor olan yumuşak, sulu dokuyu nasıl görselleştirdiğimizdir. Ancak bir MRG, bir beyin tümörünü tespit etmek için yeterince iyi çözünürlük sağlarken, beyin içindeki organizasyonunu ortaya çıkaran mikroskobik ayrıntıları görselleştirmek için çok daha keskin olması gerekir.

Duke’un In Vivo Mikroskopi Merkezi’nin Tennessee Üniversitesi Sağlık Bilimleri Merkezi, Pensilvanya Üniversitesi, Pittsburgh Üniversitesi ve Indiana Üniversitesi’ndeki meslektaşları ile yürüttüğü onlarca yıllık teknik bir güç gezisinde, araştırmacılar eldiveni aldılar ve MRG’nin çözünürlüğünü iyileştirdiler. şimdiye kadar bir fare beyninin yakaladığı en keskin görüntülere yol açıyor.

50 ile çakışıyorinci İlk MRG’nin yıldönümünde, araştırmacılar, insanlar için tipik bir klinik MRG’den önemli ölçüde daha net olan bir fare beyninin taramalarını üretti;

Yeni görüntülerin tek bir vokseli – bunu bir kübik piksel olarak düşünün – sadece 5 mikron boyutunda. Bu, klinik MRI vokselinden 64 milyon kat daha küçük.

Araştırmacılar mıknatıslarını insanlar yerine farelere odaklasalar da, rafine MRG, tüm beynin bağlantısallığını rekor kıran çözünürlükte görselleştirmenin önemli ve yeni bir yolunu sunuyor.

Araştırmacılar, fare görüntülemesinden elde edilen yeni içgörülerin, beynin yaş, diyet ve hatta Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklarla nasıl değiştiği gibi insanlarda durumların daha iyi anlaşılmasına yol açacağını söylüyor.

“Gerçekten mümkün kılan bir şey. Yeni makalenin baş yazarı ve Charles E. Putman Üniversitesi’nde Duke’ta seçkin radyoloji, fizik ve biyomedikal mühendisliği profesörü olan Ph.D. G. Allan Johnson, nörodejeneratif hastalıklara tamamen farklı bir şekilde bakmaya başlayabiliriz. .

Johnson’ın heyecanı uzun zaman önce geldi. Ekibin yeni çalışması, 17 Nisan’da Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler KitabıDuke Center for In Vivo Mikroskopi’de yaklaşık 40 yıllık araştırmaların doruk noktasıdır.

Kırk yılı aşkın bir süredir Johnson, mühendislik yüksek lisans öğrencileri ve Duke’taki ve uzaklardaki birçok işbirlikçisi, hepsi bir araya geldiğinde devrim niteliğindeki MRI çözünürlüğünü mümkün kılan birçok unsuru geliştirdi.

Işık levhası mikroskobu ile birleştirilmiş süper güçlü bir MRI, araştırmacıların farelerde tüm beynin yüksek çözünürlüklü bir bağlantı şemasını oluşturmasına olanak tanır. Kredi: Duke In Vivo Mikroskopi Merkezi

Temel bileşenlerden bazıları, inanılmaz derecede güçlü bir mıknatıs (çoğu klinik MRG 1,5 ila 3 Tesla mıknatıs kullanır; Johnson’ın ekibi 9,4 Tesla mıknatıs kullanır), klinik MRG’dekilerden 100 kat daha güçlü olan özel bir gradyan sarmal seti ve beyin görüntüsünü oluşturmaya yardımcı olur ve tümü tek bir beyni görüntülemek için çalışan yaklaşık 800 dizüstü bilgisayara eşdeğer yüksek performanslı bir bilgisayar.

Johnson ve ekibi “gün ışığını taradıktan” sonra, dokuyu ışık levhası mikroskobu adı verilen farklı bir teknik kullanarak görüntülenecek şekilde gönderiyorlar. Bu tamamlayıcı teknik onlara, Parkinson hastalığının ilerlemesini izlemek için dopamin salgılayan hücreler gibi beyindeki belirli hücre gruplarını etiketleme yeteneği verir.

Ekip daha sonra, beyin hücrelerine son derece doğru bir görünüm veren ışık sayfası resimlerini, anatomik olarak çok daha doğru olan ve tüm beyindeki hücrelerin ve devrelerin canlı bir görüntüsünü sağlayan orijinal MRI taramasına eşler.

Bu bir beyin dilimini gösterir
Işık levhası mikroskobu ile birleştirilmiş süper güçlü bir MRI, araştırmacıların farelerde tüm beynin yüksek çözünürlüklü bir bağlantı şemasını oluşturmasına olanak tanır. Kredi: Duke In Vivo Mikroskopi Merkezi

Bu birleştirilmiş tüm beyin verisi görüntüsüyle, araştırmacılar artık beynin mikroskobik gizemlerini daha önce hiç mümkün olmayan şekillerde inceleyebilirler.

Bir dizi MRI görüntüsü, fareler yaşlandıkça beyin çapında bağlantının nasıl değiştiğini ve ayrıca bellekle ilgili alt grup gibi belirli bölgelerin fare beyninin geri kalanından daha fazla değiştiğini gösterir.

Başka bir görüntü seti, Alzheimer hastalığının bir fare modelinde sinir ağlarının dikkate değer bozulmasını vurgulayan, gökkuşağı renginde beyin bağlantılarından oluşan bir makara sergiliyor.

Johnson ve diğerlerinin, MRG’yi daha da güçlü bir mikroskop haline getirerek, Huntington hastalığı, Alzheimer ve diğerleri gibi insan hastalıklarının fare modellerini daha iyi anlayabilmeleri umut ediliyor. Ve bu, insanlarda benzer şeylerin nasıl işlediğinin veya ters gittiğinin daha iyi anlaşılmasına yol açmalıdır.

Johnson, “Ulusal Yaşlanma Enstitüsü tarafından desteklenen araştırma, mütevazı diyet ve ilaç müdahalelerinin hayvanların %25 daha uzun yaşamasına yol açabileceğini ortaya çıkardı” dedi.

“Öyleyse soru şu ki, bu uzayan ömür boyunca beyinleri hala sağlam mı? Hala çapraz bulmaca yapabilirler mi? %25 daha uzun yaşamalarına rağmen Sudoku yapabilecekler mi? Ve şimdi ona bakma kapasitesine sahibiz. Ve bunu yaparken, bunu doğrudan insan durumuna çevirebiliriz.”

Finansman: Bu araştırma Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01-AG070913391, R01-NS096729, P41EB015897, S10OD010683) tarafından desteklenmiştir.

Bu nörobilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

Tüm Fare Beyninin Birleştirilmiş Manyetik Rezonans ve Hafif Levha Mikroskobu

Fare beyninin 3B manyetik rezonans histolojisini (MRH) aynı numunenin hafif tabaka mikroskobu (LSM) ve 3B tasvirleriyle hizalamak için iş akışları geliştirdik.

Kafatasındaki beynin MRH’si ile 15 μm izotropik çözünürlükte gradyan eko ve difüzyon tensör görüntüleme (DTI) ile başlıyoruz ki bu ~ 1.000 kez çoğu preklinik MRG’den daha yüksektir. Konektomlar, ~5 μm’lik süper çözünürlüklü yol yoğunluğu görüntüleri ile oluşturulur.

Beyinler temizlenir, seçilen proteinler için boyanır ve LSM ile 1,8 μm/pikselde görüntülenir. LSM verileri, ABA ortak koordinat çerçevesinden türetilen etiketlerle referans MRH alanına kaydedilir.

Sonuç bir MERHABAh-Dboyutsal Benentegre volmake ile Rkayıt (HiDiver) 50 µm’den daha iyi hizalama hassasiyeti ile.

Verim, HiDiver’ın gen varyantlarının ve yaşlanmanın fare beyni hücre mimarisi ve bağlantı bilimi üzerindeki etkisinin nicel çalışmalarında kullanılmasına yetecek kadar yüksektir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/mouse-brain-neuroimaging-23043/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu