Ядрено-магнитният резонанс на мозъка става 64 милиона пъти по-детайлен

Съвременното изследване с ядрено-магнитен резонанс е достатъчно, за да се открие мозъчен тумор. Но разделителната способност на сканирането все още не е достатъчна, за да се визуализират микроскопичните характеристики на мозъка, които ще дадат възможност да се разбере неговата структура.

По случай 50-годишнината от създаването на първия ЯМР учените от Центъра за микроскопия In Vivo и колегите им от Тенеси, Пенсилвания, Питсбърг и Индиана направиха голям подарък: те успяха значително да подобрят разделителната способност на ЯМР, създавайки най-детайлните изображения на мозъка на мишка, правени някога. Това е научният еквивалент на преминаването от 8-битова графика, базирана на пиксели, към фотореалистичните картини на Чък Клоуз.

Един воксел в новите изображения е с размер едва 5 микрона. Това е 64 милиона пъти по-малко от един воксел на клиничния ядрено-магнитен резонанс.

Усъвършенстваният ЯМР е нов начин за визуализиране на мозъчните връзки с рекордна разделителна способност. Въпреки че изследователите са се фокусирали върху мишки, а не върху хора, изучаването на мишия мозък ще доведе до по-добро разбиране на това как работи мозъкът и при хората. Той ще ни помогне да научим как мозъкът се променя с възрастта, диетата или невродегенеративните заболявания като болестта на Алцхаймер.

Новата работа е кулминацията на почти 40-годишни изследвания в Центъра по микроскопия. В продължение на четири десетилетия изследователите са усъвършенствали множество елементи, които заедно са направили възможна революционната разделителна способност на МРТ. Магнитно-резонансната томография (МРТ) често пъти за по-кратко се нарича и само ядрено-магнитен резонанс (ЯМР).

Някои от основните хардуерни промени, които направиха възможна тази мощна резолюция, са следните:

• По-мощен магнит (повечето клинични ядрено-магнитен резонанс са базирани на магнит от 1,5 до 3 Тесла, докато новият ЯМР използва магнит от 9,4 Тесла)
• Комплект от градиентни индуктивности, които помагат за създаването на образа на мозъка, е 100 пъти по-мощен, отколкото при клиничния ядрено-магнитен резонанс
• Високопроизводителен компютър, еквивалентен на почти 800 лаптопа, работещи с пълен капацитет, за показване на едно мозъчно сканиране

След сканирането изображението се изпраща за визуализация чрез друг метод, наречен светлинна листова микроскопия. Този метод дава възможност да се маркират определени групи клетки в целия мозък, като например клетките, произвеждащи допамин. Това дава възможност за проследяване развитието на болестта на Паркинсон.

След това екипът съпоставя изображенията на светлинните листове, които дават много точна представа за мозъчните клетки, с оригиналното изображение от магнитно-резонансната томография, което е по-анатомично и дава ясна представа за клетките и връзките в целия мозък.

Благодарение на тези комбинирани изображения изследователите могат да надникнат в микроскопичните тайни на мозъка. Един набор от изображения от магнитно-резонансна томография показва как връзките в мозъка на мишките се променят с възрастта, а също така демонстрира, че някои области, като например субикулумът, свързан с паметта, с възрастта се променят повече, отколкото останалата част от мозъка на мишките.

Друг набор от изображения показва верига от преливащи се мозъчни връзки, които подчертават значителното влошаване на невронните мрежи в мишия вариант на болестта на Алцхаймер.

Надеждите са, че превръщането на магнитно-резонансната томография в още по-мощен микроскоп ще позволи по-добре да се разберат човешки заболявания като болестта на Хънтингтън, болестта на Алцхаймер и други.