Новые технологии картирования мозга стали доступны ученым по всему миру
Картирование миллиардов связей в мозге — одна из главных задач нейробиологии. Традиционный метод для этого использует огромные микроскопы — просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ). Ранее создание карты даже небольших областей мозга с их помощью занимало бы десятилетия. В новом исследовании, опубликованном в открытом журнале PLoS Biology, команды из Университета Юты и Университета Колорадо в Боулдере сообщают о технических достижениях, сокративших время создания высокоскоростных "цветных" ультраструктурных карт областей мозга до нескольких месяцев.
Прорыв достигнут не за счет создания новых микроскопов, а благодаря мощному программному обеспечению, которое автоматизирует сборку, соединение и просмотр терабайтных изображений, полученных на ПЭМ. Важно, что исследователи делают эти технологии доступными для ученых по всему миру. «Наша цель — раскрыть потенциал глобальной сети электронных микроскопов и предоставить веб-доступные изображения для батальонов аналитиков нейронных сетей», — сказал Роберт Марк, доктор философии, директор по исследованиям в Moran Eye Center.
Команда работала над проектом восемь лет, совершенствуя ПО и молекулярные инструменты. «Это меняет правила игры: создание карт мозга переходит из нескольких специализированных лабораторий на рабочие столы биологов по всему миру», — отмечает Марк.
- Инструменты автоматизации, разработанные в Центре 3D электронной микроскопии (Университет Колорадо), позволяют получать 25 000 изображений ПЭМ в неделю.
- Научно-вычислительный институт Университета Юты создал ПО для автоматического объединения тысяч изображений в гигабайтные мозаики и их выравнивания в терабайтные объемы.
- Параллельно в Moran Eye Center разработали совместимые с ПЭМ молекулярные зонды и классификационное ПО для маркировки каждой клетки молекулярной сигнатурой, что создает "цветное" ПЭМ-изображение.
В рамках проекта авторы скоро представят первую молекулярную карту всей сетчатки и нейронных сетей как в нормальной млекопитающей, так и в генетических моделях дегенерации сетчатки. Более 92% этого объема из 400 000 изображений уже собрано, работа должна быть завершена к середине апреля.
«Эта технология позволяет нейронауке создавать схемы здоровых нейронных тканей. Мы можем сравнивать с ними больные ткани, чтобы понять, как они перестраивают мозг, и оценивать эффективность лечения методами, которые иначе не обнаружить», — объясняет ведущий автор Джеймс Андерсон.
Хотя молекулярная модель сетчатки сама по себе революционна, технология выходит далеко за рамки офтальмологии. Это новый способ изучения черепно-мозговых травм, нейродегенеративных заболеваний и эпилепсии. Она также делает скрининг генетических моделей практичным. Сочетание этих инструментов с продвинутой обработкой изображений, возможно, ограничивает круг исследуемых с помощью ПЭМ вопросов лишь воображением биологов.
Источник: University of Utah Health Sciences