Мы завершаем наш обзор наиболее значительных, по версии редакции, работ прошлого года (первые две части — тут и тут) практическими достижениями, которые помогут усовершенствовать методы, инструменты и техники, используемые в нейробиологии и медицине. Здесь успешно примененная радиомика нейродегенеративных заболеваний, ЭЭГ для регистрации электрической активности мини-мозгов, мозг человека, проросший в мозге крысы, прорыв во временном разрешении функциональной МРТ, встроенный в биологическую систему искусственный нейрон и некоторые другие знаковые открытия.
Искусственный нейрон в живом организме
Кажется, это исследование все ближе подводит человечество к созданию киборгов, искусственные части которых будут объединены с живыми тканями при помощи нейронных связей. Да, подобные системы уже существуют, но шведские исследователи пошли дальше и разработали нейрон из электрохимических транзисторов, который способен обучаться, как настоящий, и встраиваться в органическую систему.
Так, его проверили на венериной мухоловке, которая захлопнулась, как только нейрон подал сигнал. Ученые считают, что это – первый шаг к нейроинтерфейсам нового поколения.
Гибкий микроэлектродный зонд
Технологические исследования в области нейроинтерфейсов двигаются по пути снижения инвазивности электродов, применяющихся для считывания электрической активности мозга. К тому же проблема биосовместимости все еще не решена. И гибкие электроды, которые наименьшим образом будут травмировать мозговые ткани, могут обладать значительными преимуществами. Американские исследователи разработали новый тип мультимодальных микроэлектродных зондов, который отличается от всех известных аналогов минимальными размерами, гибкостью и большей безопасностью для окружающих тканей. Как показали эксперименты, эти зонды вызывали лишь незначительную воспалительную реакцию и за месяц не потеряли чувствительности. Исследователи считают, что они предположительно дадут начало внедрению нового поколения легко настраиваемых мультимодальных устройств для долгосрочного и минимально инвазивного взаимодействия с нейронами.
Гибридная микроскопия прозрачного мозга
Одним из способов, совершенствующих существующую технику микроскопии мозга в технике кларификации (когда ткани мозга становятся прозрачными), стала гибридная система OTLS (open-top light-sheet) – микроскопия светового листа с открытым верхом, в которой совмещены неортогональная двухобъективная и обычная (ортогональная) архитектура. Такая система позволяет проводить универсальную объемную визуализацию сразу нескольких образцов, что станет полезным инструментом для различных нейробиологических задач, где требуется провести субмикрометрическую визуализацию отдельных аксонов.
Активация глии на МРТ
С каждым годом растет количество исследований, доказывающих причастность глии – еще одного типа клеток в головном мозге – к развитию тех или иных патологий, от демиелинизирующих до нейродегенеративных. И если активность нервных клеток неинвазивно измерить можно и даже «прорисовать» связи между разными областями мозга, то с активирующейся глией, которая запускает нейровоспалительные реакции, была проблема. Но у исследователей из Испании появилось предложение по неинвазивной визуализации астроцитов и микроглии с помощью специфической настройки диффузионно-взвешенной последовательности МРТ. Пока что они провели детальное сравнение визуальной и аутопсийной картины мозга мышей после запуска в нем воспалительной реакции, подтвердив, что МРТ может улавливать те изменения с глиальными клетками, которые при этом происходят, и это коррелирует с тем, что видно на микропрепаратах. На людях метод тоже попробовали, но пока только на здоровых. Нужны клинические исследования.
Радиомика болезни Альцгеймера
В прошлом году мы уже отмечали, что радиомика будет все плотнее входить в область медицинской диагностики как метод, который благодаря компьютерным алгоритмам позволяет увидеть в медицинском изображении гораздо больше, чем доступно человеческому глазу, и провести корреляцию этих признаков с клиническими данными. Теперь же появилась знаковая работа, в которой исследователям удалось добиться 98-процентной точности определения того, есть ли у человека болезнь Альцгеймера, по картине магнитно-резонансной томограммы его мозга. В основе предсказывающего патологию алгоритма машинного обучения лежит не только глубокая обработка структурных изображений, но и клинико-лабораторные данные.
ЭЭГ для мини-мозгов
Этическое регулирование трехмерных органоидов мозга становится еще ближе. Теперь у исследователей появилась возможность измерить электрическую активность составляющих мини-мозг клеток с помощью самого маленького ЭЭГ-шлема. Его создатели, конечно, ожидают, что устройство поможет лучше понять генез различных нервных расстройств и то, как потенциально опасные химические вещества влияют на функционирование мозга. И таким образом сократить долю лабораторных животных, необходимых в медицинских и исследовательских целях. Но ведь там, где есть определенные паттерны активности нейронов, там может быть и сознание, не так ли?
Человеческий мозг в крысином
Еще одно исследование, которое может вызвать как минимум удивление – исследователям удалось вырастить кусочек человеческого мозга в мозге крысином. Все это нужно для того, чтобы наблюдать за мини-мозгом из человеческим клеток в естественной среде с естественным кровообращением. Пусть даже если эта естественная среда будет крысиной. Человеческие органоиды имплантировались в мозг новорожденным крысятам, а спустя 8 месяцев они прижились полностью, выросли, встроились в структуру головного мозга с появлением в них сосудов и микроглии, а также возросло число нейронных связей с мозгом крысы. К сожалению, этим крысам жить долго не давали, но начало подобных практик положено, и дальше можно ожидать самые разные развития событий.
«Чтение мыслей»
С помощью функциональной МРТ и алгоритма, который способен проводить реконструкцию непрерывного повествования, основываясь на активности мозга, ученые смогли воспроизвести картинку того, о чем люди слушали в аудиозаписи, воспроизводимой в томографе. Интеллектуальный декодер смог «пояснить» ученым за то, как в мозге происходит распознавание смыслов. С помощью записи активности определенных областей (префронтальной коры и теменно-височной коры) и их декодирования команда смогла определить, какая часть предоставляет какую семантическую информацию Тем не менее технофобы пока могут расслабиться – во-первых, расшифровка мыслей возможна только после того, как алгоритм обучится на ваших собственных данных активности мозга, то есть это очень индивидуально. А, во-вторых, его можно легко «сбить» — достаточно начать думать об отвлеченных вещах или считать в уме.
ФМРТ высокого временного разрешения
Очень полезный апгрейд любимого многими исследователями метода предложили корейские ученые. Они нивелировали одно из слабых мест функциональной МРТ – низкое временное разрешение. При помощи прямой визуализацией активности нейронов для фМРТ (DIANA-fMRI) им удалось сократить время регистрации ответа на стимул со стандартных нескольких секунд до 5 мс при сохранении существенного пространственного разрешения 0,22 мм. Осталось лишь проверить, сработает ли методика у человека и хватит ли для ее воплощения томографов с индукцией магнитного поля 3 Тесла, которые есть в России (7 Тесла, к сожалению, так и не завезли).
Глубокая транскраниальная магнитная стимуляция
Многим хорош метод ТМС, но вот работает он только с поверхностными структурами мозга. Тем не менее, как показали китайские исследователи, это можно исправить особой конструкцией катушек, модулирующих магнитное поле. Индуцированный электрический ток в новой конструкции, похожей на искривленные «бублики», проникает в более глубокие ткани мозга, чем у устройств предыдущего поколения – на 11 см против 6 см. Ученые считают, что позволит еще глубже исследовать причины и возможные методы лечения многих психических заболеваний, включая большое депрессивное расстройство.
Подготовила Анна Хоружая
