Новый метод микроскопии показывает связи в мозге
Наш мозг — это сложный механизм. Миллиарды нервных клеток сплетены в запутанную сеть, непрерывно обрабатывающую сигналы.
Благодаря этому мы можем вспоминать прошлое или двигать рукой. Чтобы разобраться в этом лабиринте, нужно точно понимать, как нейроны расположены и связаны между собой. Ученые из Института науки и технологий Австрии (ISTA) и Google Research разработали новый метод микроскопии — LICONN, который помогает собрать этот пазл.
Результаты опубликованы в издании Nature.
Световые микроскопы совершенствовались веками. Они позволяют рассмотреть даже самые тонкие биологические структуры.
Но мозг — это вызов. В нем миллиарды плотно упакованных нейронов, каждый из которых связан с другими тысячами синапсов.
До сих пор детальную карту этих соединений можно было построить только с помощью электронной микроскопии.
LICONN — первый метод на основе световой микроскопии, который справляется с этой задачей.
Суть разработки
Моджаба Таваколи, Юлия Людчик и Йохан Данцл из ISTA вместе с коллегами из Google Research придумали, как заставить обычный микроскоп показывать то, что раньше было недоступно.
- Гидрогель — ключ к увеличению. Ткань мозга помещают в особый гель, который при добавлении воды равномерно растягивается, увеличивая расстояние между структурами. Это как надуть фотографию, чтобы разглядеть пиксели.
- ИИ распутывает нейроны. Данных так много, что вручную их не обработать. Алгоритмы Google автоматически выделяют нейроны и их связи, строя карту соединений.
Раньше ни один световой микроскоп не мог так точно воссоздать структуру мозга, — говорит Йохан Данцл.
А LICONN не только показывает связи, но и отмечает молекулы, важные для передачи сигналов.
Юлия Людчик, специалист по обработке данных, превратила сырые изображения в детализированные 3D-модели. «Даже крошечный кусочек мозга содержит десятки тысяч синапсов. Найти их все — сложная задача, но алгоритмы справляются».
Ценность исследования
Теперь ученые могут изучать мозг на уровне отдельных соединений, используя доступное оборудование. Это открывает двери для новых открытий в нейробиологии — от механизмов памяти до причин болезней вроде Альцгеймера.
При этом метод требует идеальной подготовки образцов: малейшая ошибка в фиксации ткани или настройке геля — и данные исказятся.
Три главных преимущества:
- Доступность. Не нужны дорогие электронные микроскопы — подойдет обычный.
- Детализация. Можно одновременно изучать и структуру нейронов, и молекулярный состав.
- Перспективы. Метод ускорит исследования нейродегенеративных заболеваний, ведь многие из них начинаются с поломки синапсов.
Ранее ученые объяснили механизм потери памяти после инсульта.
