Картирование мозга - Brain mapping

Эта статья о картировании мозга. Для более широкого охвата см. Схема картирования мозга .
Картирование мозга
MeSH D001931

Картирование мозга - это набор методов нейробиологии , основанный на отображении (биологических) величин или свойств на пространственные представления (человеческого или нечеловеческого) мозга, в результате чего создаются карты .

В соответствии с определением, принятым в 2013 году Обществом картирования и терапии мозга (SBMT), картирование мозга конкретно определяется, в целом, как исследование анатомии и функции головного и спинного мозга с использованием изображений , иммуногистохимии , молекулярной диагностики. & оптогенетика , стволовые клетки и клеточная биология , инженерия , нейрофизиология и нанотехнологии .

Обзор

Вся нейровизуализация считается частью картирования мозга. Картирование мозга можно рассматривать как высшую форму нейровизуализации, создавая изображения мозга, дополненные результатом обработки или анализа дополнительных (визуализирующих или не визуализирующих) данных, таких как карты, проецирующие (измерения) поведения на области мозга (см. ФМРТ ). Одна такая карта, называемая коннектограммой , изображает корковые области вокруг круга, организованные лопастями. Концентрические круги внутри кольца представляют различные общие неврологические измерения, такие как толщина или кривизна коркового слоя. В центре кругов линии, представляющие волокна белого вещества, иллюстрируют связи между кортикальными областями, взвешенные по фракционной анизотропии и силе связи. При более высоком разрешении карты мозга называются коннектомами . Эти карты включают отдельные нейронные связи в мозгу и часто представлены в виде электрических схем .

Методы картирования мозга постоянно развиваются и основываются на развитии и совершенствовании методов получения, представления, анализа, визуализации и интерпретации изображений. Функциональная и структурная нейровизуализация лежат в основе картирования мозга.

Некоторые ученые раскритиковали утверждения, основанные на изображениях мозга, сделанные в научных журналах и популярной прессе, например, открытие «ответственной части мозга» таких вещей, как любовь, музыкальные способности или конкретная память. Многие методы картирования имеют относительно низкое разрешение, включая сотни тысяч нейронов в одном вокселе . Многие функции также связаны с несколькими частями мозга, а это означает, что утверждения такого типа, вероятно, не поддаются проверке с помощью используемого оборудования и, как правило, основаны на неверном предположении о том, как разделены функции мозга. Может случиться так, что большинство функций мозга будут правильно описаны только после того, как будут измерены с помощью гораздо более тонких измерений, которые рассматривают не большие области, а вместо этого очень большое количество крошечных отдельных цепей мозга. Многие из этих исследований также имеют технические проблемы, такие как небольшой размер выборки или плохая калибровка оборудования, что означает, что они не могут быть воспроизведены - соображения, которые иногда игнорируются для создания сенсационной статьи в журнале или заголовка новости. В некоторых случаях методы картирования мозга используются в коммерческих целях, для обнаружения лжи или медицинской диагностики способами, которые не были подтверждены с научной точки зрения.

История

В конце 1980-х годов в Соединенных Штатах Институту медицины Национальной академии наук было поручено создать комиссию для исследования ценности интеграции нейробиологической информации с помощью различных методов.

Особый интерес представляет использование структурной и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), диффузной МРТ (дМРТ), магнитоэнцефалографии (МЭГ), электроэнцефалографии ( ЭЭГ ), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS) и других неинвазивных методов. методы сканирования для картирования анатомии , физиологии , перфузии , функций и фенотипов человеческого мозга. Как здоровый, так и больной мозг можно нанести на карту для изучения памяти , обучения , старения и воздействия лекарств в различных группах населения, таких как люди с шизофренией , аутизмом и клинической депрессией . Это привело к созданию проекта " Человеческий мозг" . Это также может иметь решающее значение для понимания черепно-мозговых травм (как в случае с Финеасом Гейджем) и улучшения лечения травм головного мозга.

После серии встреч сформировался Международный консорциум по картированию мозга (ICBM). Конечная цель - разработать гибкие вычислительные атласы мозга .

Достижения

Музей Eyewire - это интерактивный цифровой каталог, визуализирующий данные о клетках сетчатки глаза мышей.

Интерактивный и гражданский научный веб-сайт Eyewire отображает сетчатку мышей и был запущен в 2012 году. В 2021 году американская ИТ-компания опубликовала наиболее полную трехмерную карту человеческого мозга. Он показывает нейроны и их связи, а также кровеносные сосуды и другие компоненты миллионной доли мозга. Для карты фрагмент размером 1 мм³ был разрезан на куски толщиной более 5 000 нанометров, которые были сканированы с помощью электронного микроскопа. Интерактивная карта требовала 1,4 петабайта дискового пространства. Примерно два месяца спустя ученые сообщили, что они создали первую полную трехмерную карту мозга обезьяны с разрешением на уровне нейронов, которую они отсканировали с помощью нового метода в течение 100 часов. Они сделали общедоступной только часть 3D-карты, поскольку вся карта занимает более 1 петабайта дискового пространства даже при сжатии.

В 2021 году был опубликован первый коннектом, показывающий, как мозг животного изменяется на протяжении всей его жизни. Ученые составили карту и сравнили весь мозг восьми червей C. elegans на протяжении их развития. Позже в этом году ученые объединили электронную микроскопию и визуализацию головного мозга, чтобы впервые продемонстрировать развитие нервной цепи млекопитающих. Они сообщили о полных схемах проводки между ЦНС и мышцами десяти отдельных мышей.

Текущие инструменты Атласа

Полное определение SBMT

Картирование мозга - это исследование анатомии и функции головного и спинного мозга с использованием изображений (включая интраоперационную, микроскопическую, эндоскопическую и мультимодальную визуализацию), иммуногистохимии, молекулярной и оптогенетики, биологии стволовых клеток и клеток, инженерии. (материалы, электрические и биомедицинские), нейрофизиология и нанотехнологии.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Рита Картер (1998). Отображение разума .
  • FJ Chen (2006). Мозговая карта и язык
  • FJ Chen (2006). Сосредоточьтесь на исследованиях картирования мозга .
  • FJ Chen (2006). Тенденции в исследованиях картирования мозга .
  • FJ Chen (2006). Прогресс в исследованиях картирования мозга .
  • Коичи Хирата (2002). Последние достижения в картировании человеческого мозга: материалы 12-го Всемирного конгресса Международного общества по электромагнитной топографии мозга (ISBET 2001) .
  • Конрад Маурер и Томас Диркс (1991). Атлас картирования мозга: топографическое картирование ЭЭГ и вызванных потенциалов .
  • Конрад Маурер (1989). Топографическое картирование мозга Eeg и вызванных потенциалов .
  • Артур В. Тога и Джон К. Мацциотта (2002). Картирование мозга: методы .
  • Тацухико Юаса, Джеймс Причард и С. Огава (1998). Текущий прогресс в функциональном картировании мозга: наука и приложения .

внешние ссылки