Како научници мапирају мождано стабло

Више од века неуронаучници проучавају људски мозак на сличан начин на који су први картографи мапирали непознате пределе, састављајући огромни пејзаж од много појединачних информација.

Чак и данас, патолози који постављају дијагнозе стања мозга, као што је Алцхајмерова болест, обично анализирају свега неколико узорака ткива из органа у којем има око 86 милијарди нервних ћелија.

Велики део мозга је и даље неистражен.

Управо зато научници у Центру за истраживање мозга Суда Гопалакришнан (СГБЦ) при Индијском институту за технологију у Ченеју сматрају да су направили важан корак ка попуњавању једне од највећих празнина у неуронауци.

Сачинили су оно што описују као најдетаљнију тродимензионалну мапу људског можданог стабла на свету, у резолуцији у којој је јасно видљива свака појединачна ћелија.

То је дигитална мапа која научницима омогућава да „путују" од снимка целог мозга магнетном резонанцом (МРИ) до нивоа појединачних нервних ћелија.

Атлас, назван Anchor, што је скраћеница за Atlas of Neurochemical Characterisation of the Human Brainstem with 3D Reconstruction (Атлас неурохемијске карактеризације можданог стабла човека уз тродимензионалну реконструкцију), обједињује више од 500 пресека можданог ткива фетуса, деце и одраслих.

Израђен је на основу снимака високе резолуције добијених микроскопом, уместо применом скупљих молекуларних метода.

Пружа детаљну тродимензионалну мапу можданог стабла и идентификује више од 200 група можданих ћелија и нервних путева.

Употребом осам хемијских маркера за разликовање различитих типова ћелија, добија се један од најпрецизнијих приказа овог виталног, али још увек недовољно истраженог дела мозга.

Мождано стабло заузима само мали део мозга, али је од пресудног значаја за живот.

Оно повезује мозак са кичменом мождином и контролише дисање, рад срца, сан, будност и покрете.

Оштећење сићушних група ћелија у можданом стаблу може да има катастрофалне последице, али већ дуго не може детаљно да се мапира због његове изузетно збијене и сложене грађе.

Овај атлас није значајан само зато што нуди још једну анатомску мапу, већ и што повезује два света који су до сада углавном били раздвојени: медицинско снимање, које приказује мозак у целини, и цитопатологију, која проучава сваку појединачну ћелију.

„Сведоци смо визионарског програма који Индију сврстава међу водеће земље у овој области", каже Шуба Толе, индијска неуронаучница на Тата институту за основна истраживања у Мумбају.

Овај пројекат описује као „досад незабележену интеграцију" технике, неуронауке и медицине.

Лекари обично прво обављају преглед целог мозга током обдукције или испитивањем можданог ткива које је уклоњено неурохируршким захватом.

Мозак одраслог човека је тежак око 1,2 до 1,5 килограма, а његове бразде и вијуге и главне анатомске структуре могу да пруже важне увиде пре микроскопске анализе.

„Као неуропатолошкиња, прво прегледам читав мозак голим оком, а затим испитујем мале узорке под микроскопом", каже Ребека Фолкерт, сарадница Медицинског факултета Универзитета Харварда и Универзитета у Њујорку у Сједињеним Америчким Државама (САД), која је сарађивала са тимом СГБЦ-а.

„Код Алцхајмерове болести анализирамо свега 15 до 20 пресека, што представља тек делић процента читавог органа."

Ова пракса се примењује још од пионирског рада шпанског неуронаучника Сантијага Рамона и Кахала, пре више од века.

Савремена магнетна резонанца (МРИ) приказује цео мозак, али без детаља на нивоу ћелија, док микроскопи омогућавају увид у појединачне ћелије, али само у изолованим пресецима ткива.

„Оно што је индијски центар створио заправо је оно о чему сам сањала на почетку моје каријере - да снимци мозга одговарају његовој микроскопској анатомији", каже за ББЦ Фолкерт, која је током више од три деценије прегледала хиљаде људских мозгова.

Атлас покушава да попуни управо ту празнину.

Корисници могу да зумирају приказ можданог стабла у целини који се види на МРИ снимку до појединачних неурона, при чему се задржава њихов прецизан распоред у мозгу.

Истраживачи су атлас поставили на интернет, где је свима бесплатно доступан, у нади да ће постати референтни алат за неуронаучнике, неурологе и неурохирурге широм света.

Његова примена би могла да буде много шира од саме анатомије.

Упоређивањем мапа здравог можданог стабла са оболелим ткивом, научници би могли боље да разумеју поремећаје попут Паркинсонове и Алцхајмерове болести, можданог удара и синдрома изненадне смрти одојчета (СИДС).

Прецизније мапе би такође могле да помогну неурохирурзима да сигурнује изводе захвате на једној од најосетљивијих регија људског мозга.

Атлас не представља дијагностички алат.

Његова највећа вредност је у томе што може да помогне да се пронађу одговори на многа питања.

Парта Митра, неуронаучник у угледној лабораторији Цолд Спринг Харбор Лабораторy у Њујорку, који је сарађивао са тимом СГБЦ-ом, сматра да би детаљни атласи мозга попут овог могли да промене начин проучавања неуролошких болести тако што би открили како се мозгови погођени стањима попут Алцхајмерове болести или аутизма разликују од здравих.

Такви атласи би такође могли да помогну да се објасни како инфекције, међу којима је корона вирус, изазивају дуготрајна неуролошка оштећења, каже за ББЦ Митра.

Фолкерт објашњава на примеру можданог удара.

Каже да је атлас открио нове карактеристике које би могле да помогну лекарима да сачувају мождано ткиво које је оштећено али може да се обнови, што би могло да побољша исход лечења пацијената.

Други научници сматрају да би атлас могао да помогне и неурохирурзима да безбедније обављају оперативне захвате.

Погледајте како изгледа живот мозга у једном дану

Овај атлас је изузетан и зато што је врло једноставан за употребу.

Израђен је на основу снимака високе резолуције танких пресека можданог ткива преминулих и омогућава детаљно мапирање на нивоу појединачних ћелија.

Митра каже да је управо то омогућило мапирање људског можданог стабла до до сада незабележених појединости.

Ово достигнуће одражава шире промене у неуронауци чији напредак данас, осим биологије, све више зависи од технике и рачунарских технологија.

Око 20 научника провело је 18 месеци у центру СГБЦ-у ручно анализирајући више од 200 пресека мозга и обједињујући МРИ снимке, микроскопске хистолошке снимке и тродимензионалну реконструкцију у јединствени дигитални атлас.

Данас у овом центру ради више од 200 истраживача, инжењера и техничара који сарађују са колегама из целог света.

Резултат њиховог рада помаже да се попуни велика празнина у неуронауци.

Научници су изузетном прецизношћу мапирали мозак неколико животињских врста, али је људски мозак и даље релативно слабо истражен, јер недостају детаљне студије можданог ткива људи, каже за ББЦ Моханасанкар Сивапракасам, директор СГБЦ-а.

То, међутим, не значи да научници до сада нису имали атласе мозга.

„Различити атласи служе различитим наменама", каже Митра.

Атласи засновани на МРИ снимцима приказују општу грађу мозга, али не и појединачне ћелије.

Хистолошки атласи мапирају анатомију на нивоу ћелија користећи микроскопске снимке пресека ткива.

Новији молекуларни приступи су отишли корак даље и омогућавају прецизну идентификацију сваке појединачне ћелије.

Међутим, научници и даље изузетно мало знају о томе како је приближно 20.000 протеина у људском мозгу распоређено по различитим можданим регионима и типовима ћелија, што ће вероватно бити утврђено следећом генерацијом мапирања мозга.

„Сваки мозак представља ризницу нових сазнања", каже Фолкерт.

СГБЦ сада планира да сними више од 100 људских мозгова у целини, обухватајући различите животне фазе и неуролошка обољења, међу којима су Алцхајмерова болест и други облици деменције, и да направи референтну базу података која би могла да открије како болести мењају мозак.

Нови атлас неће решити све тајне људског мозга.

Али пружајући научницима далеко детаљнију мапу, могао би да им помогне да постављају много боља питања и да на крају пронађу одговоре.

Шта се дешава у вашем мозгу када имате мигрену

ББЦ на српском је од сада и на Јутјубу, пратите нас ОВДЕ.

Пратите нас на Фејсбуку, Твитеру, Instagramу,Јутјубу и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на bbcnasrpskom@bbc.co.uk