Ученые создали трехмерный атлас мышиного мозга с субмиллиметровым разрешением

Американские ученые создали полную симметричную трехмерную модель мозга мыши с разрешением в 10 микрометров. Для создания атласа ученые использовали усредненную по 1675 лабораторным мышам модель мозга. Сканы получили с помощью двухфотонной томографии, а затем соотнесли их со всеми структурами в трехмерном пространстве, ориентируясь на гистологические данные и уже существующие анатомические атласы. Атлас можно посмотреть на официальном сайте, а процесс его создания ученые подробно описали в статье, опубликованной в Cell.

Данные, полученные с помощью современных методов нейровизуализации, сейчас позволяют составлять довольно подробные атласы головного мозга — как человека, так и лабораторных животных. Большинство из них, однако, сосредотачиваются только на одной модальности: это может быть, например, полный коннектом всех нейронных связей (например, такой есть для круглого червя) или же анатомический атлас с распределением функций каждого участка (такой делают для дрозофил).

Каждый атлас в отдельности очень важен для понимания работы головного мозга животного, а универсальным инструментом для этого может стать их совмещение в единый атлас, в идеале — трехмерный. Ученые под руководством Лидии Ын (Lydia Ng) из Алленовского института по изучению мозга в рамка проекта Allen Brain Atlas создали такой атлас для лабораторной мыши.

Для создания атласа ученые использовали мозг молодой мыши линии C57BL/6 — их используют в качестве лабораторных мышей чаще всего. Всего ученые получили по одному изображению мозга 1675 мышей, сканы делались с помощью двухфотонной томографии с разрешением в 100 микрометров каждый. Чтобы итоговый атлас был симметричным, каждое изображение зеркально отразили по сагиттальному разрезу, увеличив их количество в два раза. Затем изображения усреднили: небольшие отклонения в отмеченных координатах использовали для увеличения разрешения сначала до 50 микрометров, затем — до 25 и в итоге — до 10 микрометров. Таким образом, каждый десятимикрометровый воксель усреднен по 335 изображениям полушарий, а всего их в атласе около 506 миллионов: высокое разрешение позволило точно разделить слои коры, тракты белого вещества и субкортикальные участки серого вещества. 

Далее ученые разметили воксели, воспользовавшись уже существующими атласами, а также данными, полученными в ходе гистологических исследований — в зависимости от того, какую структуру нужно было разметить. Например, для того, чтобы разделить участки коры и отделить их от субкортикальных структур, ученые воспользовались данными об экспрессии генов в разных тканях. После этого каждую структуру визуализировали в трехмерном пространстве усредненно — и сделали итоговую трехмерную модель.

В модели отмечены 43 участка коры больших полушарий, 329 субкортикальных участков, 81 тракт и по 8 желудочковых структур на каждое полушарие: все существующие в мышином мозге структуры в атласе можно посмотреть в отдельности. Помимо трехмерной модели на сайте проекта также есть двухмерный атлас — также со всеми размеченными участками, а также сборник всех использованных гистологических данных. 

На сайте проекта Allen Brain Atlas есть и другие атласы: помимо мозга взрослой мыши там есть также двухмерный атлас семи этапов эмбрионального развития мозга мыши, двух этапов развития мозга человека, а также атлас человеческого мозга с микрометровым разрешением (о его создании мы писали в 2016 году).

Елизавета Ивтушок