脳の3Dカラー画像が、その目に見えない素晴らしい詳細を明らかにする

人間の脳は、依然として人体の中で最も謎に包まれた器官の一つである。しかし、ハーバード大学、MIT、ボストン大学などの研究者グループがマウスの脳でテストし開発した画像化技術により、人間の脳の複雑さの理解に一歩近づく可能性がある。研究結果は昨日、 Cell誌に掲載された。

このアプローチにより、科学者は脳の美しく層状の 3D 構造をナノスケールで観察し、異なる色で細胞の種類を分離して区別できるようになります。研究者たちはまず、脳構造の電子顕微鏡 (EM) 画像を組み合わせてマウスの樹状突起の 3D 構造を作成しました。次に、この研究の共著者がハーバード大学で開発した注釈ツール VAST を使用して色の区別を実現しました。VAST を使用すると、ユーザーは EM 画像に手動で色を追加できます。VAST を使用して脳のカラー画像が作成されたのはこのときが初めてです。

この研究の目的は、単に、さまざまな色を使って解剖された脳を見て、何がわかるかを知ることだった。しかし、研究者たちは、今後、このツールを使って、神経疾患が脳内で実際にどのように見えるか、人間の脳が他の動物の脳とどう違うか、また個々の人間の脳が互いにどう違うかを知ることができるようになると考えている。

このアプリケーションが実際に機能するかどうかを調べるために、研究者らはマウスの大脳新皮質の一部を視覚化することにしました。大脳新皮質は、人間の指先よりもさらに敏感なマウスのヒゲから感覚情報を受け取る脳の領域です。研究者らはまず、その構造の EM 画像を撮影し、それらを組み合わせ、次に VAST を使用して、個々の構造と細胞タイプを分解するためにさまざまな色を割り当て、各タイプを個別に確認し、それらがどのように組み合わさって脳構造を形成するかを確認できるようにしました。下のビデオでは、研究者らは色の組み合わせを使用して、2 つの樹状突起 (他のニューロンから感覚情報を受け取るニューロンの木のような枝) を取り囲む構造を再構築しています。オブジェクトは最初、脳内で表示されるとおりに表示されます。次に、カテゴリ別 (軸索、樹状突起、グリア) に分類され、さらに機能タイプ別 (軸索と樹状突起の場合は興奮性か抑制性) に分類され、該当する場合はグリア細胞のタイプ別に分類されます。

「脳の複雑さは私たちが想像していたよりもはるかに大きい」と、ボストン大学医学部の助教授でこの研究の筆頭著者であるナラヤナン・カストゥリ氏はプレスリリースで述べた。

以下に、色分けされた脳構造の内訳を .gif 形式で示します。

しかし、完成品の美しさにもかかわらず、この技術が実際に使用されるかどうかはまだ不透明だ。研究者らはテスト中に、脳を構成するニューロン接続の規模の大きさが大きな課題を課すことを発見した。研究者らは研究の中で、この課題により、完成品の使用が正当化されるかどうか疑問視していると結論付けている。研究者らは、自分たちの取り組みが「脳を理解しようとする神経科学者が直面する問題の大きさを明らかにしている」と書いている。また、研究者らはマウスの脳を使用し、人間の脳のニューロンの複雑さははるかに大きいと指摘している。しかし、脳のいわゆる理解不可能に近い複雑さにもかかわらず、研究者らは希望を失っていない。「コネクトミクスという新興分​​野では、結果が退屈になるまで研究をやめる理由はない」