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Científicos crean primer modelo en 3D de alta definición del mundo de un cerebro humano

El BigBrain es 250.000 veces más detallado que los actuales escáneres cerebrales de resonancia magnética

Los científicos han creado el primer modelo en 3D de alta definición del mundo de un cerebro humano completo llamado BigBrain. BigBrain muestra por primera vez en la historia la anatomía de un cerebro en detalle microscópico - a una resolución espacial de 20 micras. Esto es más pequeño que el tamaño de una fina hebra de cabello y 250.000 veces más detallado que las imágenes de resonancia magnética actuales.
Investigadores de Alemania y Canadá realizaron 7.400 cortes individuales del cerebro de una mujer de 65 años de edad, ya fallecida, y representaron 80 mil millones de neuronas durante el proyecto de 10 años. Y ahora han hecho que el cerebro esté disponible en línea de forma gratuita para ayudar a otros científicos a desarrollar el campo de la neurociencia.

modelo de cerebro 3D

Hasta hace poco, los cerebros de referencia no se habían escaneado más allá de las partes macroscópicas, o visibles, del cerebro. BigBrain ofrece una resolución mucho más fina que la resolución típica de 1 mm a partir de estudios de resonancia magnética. El autor principal, Dr. Alan Evans, profesor en el Instituto de Neurología de Montreal en la Universidad McGill en Montreal, Canadá dijo que el proyecto "ha sido un tour-de-force para montar imágenes de más de 7.400 cortes histológicos individuales, cada uno con sus propias distorsiones, rasgaduras y  lágrimas, en un volumen 3-D coherente". "Este conjunto de datos permite - por primera vez - una exploración 3D de la anatomía humana citoarquitectónica. Los sofisticados métodos modernos de procesamiento de imágenes revelan una visión sin precedentes de los muy finos detalles de la microestructura del cerebro humano, o el nivel celular. La herramienta en línea para permitir que citoarquitectónica cartografía 3D del cerebro humano y se puede utilizar como un mapa para el trazado de circuito de datos celulares pequeños. También puede asignar una sola capa o subcapas de la corteza cerebral, explicaron los investigadores. Las finas secciones del cerebro humano de una hembra de 65-años de edad, se incrustaron en cera de parafina y se cortaron con una herramienta especial de gran escala llamada un microtomo. Las gruesas secciones histológicas de 20-micrómetros se montaron en portaobjetos, manchadas para detectar las estructuras celulares y, finalmente, digitalizadas mediante un escáner de superficie plana de alta resolución.

cortes modelo de cerebro 3D

placas modelo de cerebro 3D

Esto permitió a los investigadores construir un modelo del cerebro en 3D de alta resolución. Les tomó cerca de 1.000 horas para recoger los datos. Los investigadores afirman que el nuevo cerebro de referencia, que es parte del Proyecto Europeo del Cerebro Humano, sirve como una "herramienta de gran alcance para facilitar la investigación en neurociencias" y " redefine los mapas tradicionales desde el principio del siglo XX". La Dra. Katrin Amunts del Centro de Investigación de Jülich y director del Instituto Cecile y Oskar Vogt para la Investigación del Cerebro en la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf en Alemania, dijo: "En el famoso atlas cytoarchitectural de principios de 1900 se simplificaron los dibujos del cerebro y se basaron en el análisis visual puro de los patrones de organización celular". Debido a la gran cantidad de este conjunto de datos, los investigadores dicen que habrá un "empujón por aquellos que quieran utilizarlo para desarrollar herramientas nuevas y valiosas para la visualización, gestión y análisis de datos". "Tenemos la intención de repetir este proceso en una muestra de cerebro para que podamos cuantificar la variabilidad citoarquitectónica," dijo el Dr. Evans. "También vamos a integrar este conjunto de datos con mapas de alta resolución de la conectividad de la materia blanca en el cerebro post-mortem". "Esto nos permitirá explorar la relación entre microanatomía cortical y la conectividad de fibra", dijo el Dr. Amunts.

cerebro 3d

"Estamos planeando integrar los datos de los receptores del cerebro humano en el marco de referencia proporcionado por el BigBrain, continuó el principal co-autor Dr. Karl Zilles, catedrático de la Jülich Aachen Research Alliance y el ex director del Instituto Cecile y Oskar Vogt para la Investigación del Cerebro en la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf en Alemania. "También vamos a transferir los mapas de alta resolución de los datos cuantitativos sobre la distribución regional y laminar de complejos de receptores nativos al BigBrain". "Esto nos permitirá explorar la relación entre microanatomía cortical y moléculas clave de la neurotransmisión". La resolución anatómica de grano fino también permitirá a los científicos obtener información sobre las bases neurobiológicas de la cognición, el lenguaje, las emociones y otros procesos, según el estudio. Los investigadores planean extraer mediciones del espesor cortical para obtener información sobre la comprensión de envejecimiento y los trastornos neurodegenerativos, crear mapas de espesores corticales para comparar los datos de imágenes in vivo, integrar datos de expresión génica del Instituto Allen, y generar un modelo del cerebro con una resolución de 1 micrones para capturar los detalles de la morfología celular única. El acceso público al conjunto de datos BigBrain está disponible a través del Portal CBRAIN. Los investigadores han presentado su trabajo en la edición actual de la revista Science. Editor en jefe de Science Peter Stern, dijo: "Los autores empujaron los límites de la tecnología actual. Tal resolución espacial superior a la de los cerebros de referencia disponibles en la actualidad por un factor de 50 en cada una de las tres dimensiones espaciales". Artículo científico: BigBrain: An Ultrahigh-Resolution 3D Human Brain Model
Modificado por última vez enSábado, 07 Noviembre 2015 18:44