Изображения мозга стали в 64 миллиона раз четче
В связи с 50-летием первой МРТ исследователи создали снимки мозга мыши, которые значительно четче, чем при обычной клинической МРТ для людей, что является научным эквивалентом перехода от пикселизированной 8-битной картинки к гиперреалистичным деталям современной графики.
Новая работа ученых, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, является кульминацией почти 40-летних исследований — они создали МРТ-изображения в 64 миллиона раз более четкие, чем предлагают современные технологии.
МРТ смог зафиксировать изображения с такой детализацией, что каждый воксель — трехмерная версия пикселя — имел размер всего 5 микрон, или пятитысячную долю миллиметра.
Это означает, что, хотя современные технологии магнитно-резонансной томографии достаточно продвинуты, чтобы, например, обнаружить опухоль головного мозга, такого рода четкое изображение может сделать шаг вперед и отобразить организацию мозга и гораздо более детальную взаимосвязь отдельных элементов.
Исследователи считают, что такой уровень детальной визуализации позволит лучше понять, как мозг меняется с возрастом, диетой и нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера.
«Это то, что действительно помогает», — сказал ведущий автор работы Аллан Джонсон, профессор радиологии, физики и биомедицинской инженерии в Университете Дьюка. «Мы можем начать смотреть на нейродегенеративные заболевания совершенно по-другому».
За четыре десятилетия Джонсон, его аспиранты-инженеры и многие его сотрудники в университете и за его пределами усовершенствовали многие элементы, которые в совокупности сделали возможным революционное разрешение МРТ.
Некоторые из ключевых компонентов включают в себя невероятно мощный магнит (большинство клинических МРТ основаны на магните от 1,5 до 3 Тесла; команда Джонсона использует магнит 9,4 Тесла), специальный набор градиентных катушек, которые в 100 раз сильнее, чем в клинической МРТ, и помогают создать изображение мозга, а высокопроизводительный компьютер, эквивалентный почти 800 ноутбукам, работает на полную мощность, чтобы отобразить один мозг.
После того, как изображения МРТ были завершены, исследователи отсканировали ткань мозга с помощью световой микроскопии. Это позволило ученым пометить определенные группы клеток, что позволило им наблюдать, как нейродегенеративные заболевания прогрессируют с течением времени.
Используя наборы мышей разного возраста и генетического состава, ученые смогли увидеть, как с течением времени менялись связи всего мозга животного и как определенные области, такие как субикулум, связанный с памятью, изменились значительно больше, чем другие области.
Изображения также смогли зафиксировать, как болезнь Альцгеймера разрушает нейронные сети.
Исследование прокладывает путь для дальнейшего технологического развития, чтобы запечатлеть человеческий мозг в таких деталях, что обеспечит лучшее понимание того, как ткани меняются с возрастом, и какие вмешательства могут быть полезны для предотвращения дегенерации.
Статья об исследовании была опубликована в журнале PNAS.