Hersenonderzoek: Een klein deel van de hersenen in een 3D-model
De afbeelding toont alle verbindende neuronen in een deel van het hersenmonster
Bron: Google Research en Lichtman Lab (Harvard University). Aanbiedingen dr. Berger (Harvard Universiteit)
Het brein is uniek. 100 miljard neuronen zorgen voor het menselijk vermogen om te bewegen, ademen, plannen, bouwen, poëzie schrijven en muziek componeren. Onderzoekers hebben nu een 3D-model van een klein gebied kunnen maken. Dit komt als een verrassing.
AGebaseerd op een reëel deel van het menselijk brein hebben Amerikaanse onderzoekers een zeer gedetailleerd 3D-computermodel gemaakt van delen van de hersenschors. Het gereconstrueerde gebied is slechts één kubieke millimeter groot, schreef het team onder leiding van Alexander Shapson Kuo van het Harvard Center for Brain Science in het tijdschrift Science.
Gezien de enorme complexiteit van onze hersenen zijn er zelfs in dit kleine gedeelte tientallen miljoenen individuele structuren te vinden. Het model bevat 57.000 cellen (waaronder ongeveer 16.000 neuronen), 23 centimeter bloedvaten en 150 miljoen synapsen, rapporteerden Shabson Ko en zijn team. Er zijn ook zogenaamde gliacellen te zien, die onder meer ondersteunende en toevoerende functies in het zenuwweefsel vervullen. Ook zie je myeline, de isolerende laag rond de zenuwcelprocessen.
Dergelijke gedetailleerde beelden van de hersenen – inclusief neuronen en hun verbindingen – zijn belangrijk om te begrijpen hoe de hersenen werken. “Het menselijk brein is een uiterst complex weefsel”, schreef het team. “Tot nu toe is er weinig bekend over de microscopische cellulaire structuur, zoals synaptische circuits.” Onderbrekingen in deze circuits houden echter waarschijnlijk verband met verschillende hersenziekten.
Een klein stukje van de zogenaamde temporale kwab van de hersenschors van een levend persoon diende als sjabloon voor het model. Hersenchirurgen verwijderden het onderdeel van een 45-jarige vrouw om toegang te krijgen tot een specifiek gebied in de hippocampus tijdens de chirurgische behandeling van epilepsie. Puur wiskundig gezien kan het verwijderde stuk 1000 keer in een kubus met een zijdelengte van één centimeter worden geplaatst.
Eén enkel (wit) neuron en alle neuronale processen van de andere neuronen die daarmee verbonden zijn
Bron: Google Research en Lichtman Lab (Harvard University). Aanbiedingen dr. Berger (Harvard Universiteit)
Met behulp van een elektronenmicroscoop onderzocht het team van Shabson-Ku het hersenfragment laag voor laag. Dit resulteerde in 1400 terabytes aan data. De onderzoeksgroep bouwde daar vervolgens een 3D-computermodel van. Het is gratis online toegankelijk, dus geïnteresseerde leken kunnen er met een beetje oefening doorheen bladeren.
Shapson-Ku-onderzoekers hebben met hun 3D-model al voorlopige inzichten verkregen. Ze telden twee keer zoveel gliacellen als neuronen in het weergegeven gebied. Het meest voorkomende type cellen zijn de zogenaamde oligodendrocyten. Deze cellen behoren tot gliacellen en omringen de processen van neuronen die verantwoordelijk zijn voor het verzenden van elektrische signalen, waar ze de isolerende myelinelaag vormen.
De onderzoekers hopen dat andere wetenschappers het nieuwe hersenmodel ook zullen gebruiken. “Verdere studies met deze toepassing kunnen waardevolle inzichten opleveren in de mysteries van het menselijk brein.” Pogingen om gegevens over de connectiviteit van neurale circuits te begrijpen staan nog in de kinderschoenen. “Maar deze dataset van petabytes is nog maar het begin.”