今週のビデオ: シャイブレッテン脳モデル

BigBrain は、厚さわずか 20 マイクロメートルの組織の 7,400 層以上からの情報に基づいています。まず、研究者らは人間の脳の薄い部分を作成した。次に、これらをパラフィンワックスに埋め込み、ミクロトームと呼ばれる特別な器具を使用して切断しました。このようにして得られたフィリグリー層は特殊なフィルムに適用され、色付けされた後、フラットベッド スキャナーを使用して高解像度でデジタル化されました。その後、研究者らは 7,400 回のスキャンすべてから高解像度で脳の 3D モデルを組み立てることができました。

「非常に薄くて壊れやすい組織サンプルの処理は非常に難しく、時間がかかります」と研究リーダーであるデュッセルドルフ・ハインリッヒ・ハイネ大学のカトリン・アムント氏は報告している。 「ウエハースのように薄い切片を作成する際、亀裂や折り目が発生することがありますが、最新の画像処理技術を使用してデジタル化された画像を『修復』する必要があります」と研究者は言います。しかし、ハードルはそれだけではありませんでした。膨大なデータセットを処理し、三次元で再構成し、詳細に評価するには、カナダとユーリッヒのスーパーコンピューターの集中力が必要でした。

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BigBrain の解像度は、3 つの空間次元すべてにおいて、以前の脳モデルの詳細レベルを 50 倍超えていると言われています。これにより、人間の脳の非常に小さな構造を初めて観察できるようになりました。研究者らによると、この解剖学的器具は、大脳皮質の細胞構造または個々のサブユニットのアトラスとして機能するという。

「BigBrain は、健康な脳と病気の脳について新たな洞察を得るのに役立ちます」とアムント氏は言います。人間の大脳皮質はその発達により非常に折り畳まれているため、一部の領域の厚さは磁気共鳴画像法などの画像法を使用すると非常に不正確にしか測定できません。しかし、大脳皮質の厚さは生涯にわたって変化し、またアルツハイマー病などの神経変性過程においても変化します。 「私たちの高解像度脳モデルの助けにより、運動皮質や学習や記憶などに重要な脳領域など、脳のさまざまな機能領域の正常な構造について新たな洞察を得ることができます。数多くの構造的特徴を測定します」とアムント氏は説明します。これは、患者の脳の変化を正確に判断し、評価するのに役立つ可能性があります。

BigBrain は今後、その情報を利用して別の主要な脳研究プロジェクト、つまり 23 か国の 80 以上の科学機関が参加する欧州の「Human Brain Project」も支援する予定です。これには、10 年以内に将来のスーパーコンピューター上で人間の脳全体を分子レベルから脳領域全体の相互作用までシミュレートするという野心的な目標があります。