Die von Duke geleitete MRT-Technologie zeigt das gesamte Mausgehirn in höchster Auflösung.
Forschern mehrerer Universitäten ist ein Durchbruch in der MRT-Technologie gelungen, indem sie die schärfsten Bilder eines Mausgehirns aller Zeiten aufgenommen haben. Diese verfeinerte MRT bietet in Kombination mit der Lichtblattmikroskopie eine beispiellose Möglichkeit, die Konnektivität des Gehirns zu visualisieren und möglicherweise zu einem besseren Verständnis neurodegenerativer Erkrankungen beim Menschen zu führen.
Mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) visualisieren wir weiches, wässriges Gewebe, das mit Röntgenstrahlen nur schwer darzustellen ist. Aber während eine MRT eine ausreichend gute Auflösung bietet, um einen Gehirntumor zu erkennen, muss sie viel schärfer sein, um mikroskopische Details im Gehirn sichtbar zu machen, die seine Organisation offenbaren.
In einer jahrzehntelangen technischen Meisterleistung unter der Leitung des Duke’s Center for In Vivo Microscopy mit Kollegen am University of Tennessee Health Science Center,Universität von PennsylvaniaAn der University of Pittsburgh und der Indiana University nahmen Forscher den Spießrutenlauf an und verbesserten die Auflösung der MRT, was zu den schärfsten Bildern führte, die jemals vom Gehirn einer Maus aufgenommen wurden.
Zeitgleich mit dem50ThJahrestag der ersten MRT, erstellten die Forscher Scans eines Mausgehirns, die deutlich schärfer sind als ein typisches klinisches MRT für Menschen, das wissenschaftliche Äquivalent des Übergangs von einer pixeligen 8-Bit-Grafik zu den hyperrealistischen Details eines Chuck-Close-Gemäldes.
Ein einzelnes Voxel der neuen Bilder – man kann es sich wie einen kubischen Pixel vorstellen – misst nur 5 Mikrometer. Das ist 64 Millionen Mal kleiner als ein klinisches MRT-Voxel.
Obwohl die Forscher ihre Magnete auf Mäuse statt auf Menschen konzentrierten, bietet die verfeinerte MRT eine wichtige neue Möglichkeit, die Konnektivität des gesamten Gehirns in rekordverdächtiger Auflösung sichtbar zu machen. Die Forscher sagen, dass neue Erkenntnisse aus der Mausbildgebung wiederum zu einem besseren Verständnis der Zustände beim Menschen führen werden, etwa wie sich das Gehirn mit dem Alter, der Ernährung oder sogar bei neurodegenerativen Erkrankungen verändertAlzheimer.
„Es ist etwas wirklich Ermöglichendes. Wir können beginnen, neurodegenerative Erkrankungen auf eine ganz andere Art und Weise zu betrachten“, sagte G. Allan Johnson, Ph.D., Hauptautor der neuen Arbeit und angesehener Professor für Radiologie, Physik und biomedizinische Technik der Charles E. Putman University an der Duke University.
Johnsons Aufregung lässt lange auf sich warten. Die neue Arbeit des Teams, veröffentlicht am 17. April in derVerfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenist der Höhepunkt von fast 40 Jahren Forschung amDuke Center für In-vivo-Mikroskopie.
Entwicklung der leistungsstärksten MRT-Geräte
Im Laufe der vier Jahrzehnte haben Johnson, seine Ingenieurstudenten und seine zahlreichen Mitarbeiter bei Duke und anderswo viele Elemente verfeinert, die zusammengenommen die revolutionäre MRT-Auflösung ermöglichten.
Zu den Hauptzutaten gehören ein unglaublich starker Magnet (die meisten klinischen MRTs basieren auf einem 1,5 bis 3 Tesla-Magneten; Johnsons Team verwendet einen 9,4 Tesla-Magneten), ein spezieller Satz Gradientenspulen, die 100-mal stärker sind als die in einem klinischen MRT und bei der Erstellung des Gehirnbildes helfen, und ein Hochleistungscomputer, der fast 800 Laptops entspricht, die alle auf Hochtouren laufen, um ein Gehirnbild abzubilden.
Nachdem Johnson und sein Team „das Tageslicht herausgescannt“ haben, schicken sie das Gewebe los, um es mit einer anderen Technik namens Lichtblattmikroskopie abzubilden. Diese ergänzende Technik gibt ihnen die Möglichkeit, bestimmte Zellgruppen im gesamten Gehirn zu markieren, beispielsweise Dopamin-produzierende Zellen, um das Fortschreiten der Parkinson-Krankheit zu beobachten.
Anschließend ordnet das Team die Lichtblattbilder, die einen äußerst genauen Blick auf Gehirnzellen ermöglichen, auf den ursprünglichen MRT-Scan zu, der anatomisch viel genauer ist und einen anschaulichen Blick auf Zellen und Schaltkreise im gesamten Gehirn bietet.
Mit diesen kombinierten Datenbildern des gesamten Gehirns können Forscher nun auf noch nie dagewesene Weise in die mikroskopischen Geheimnisse des Gehirns blicken.
Einblicke in Alterung und Neurodegeneration mit atemberaubenden Details
Eine Reihe von MRT-Bildern zeigt, wie sich die hirnweite Konnektivität mit zunehmendem Alter der Mäuse verändert und wie sich bestimmte Regionen, wie das für das Gedächtnis zuständige Subiculum, stärker verändern als der Rest des Gehirns der Maus.
Eine weitere Reihe von Bildern zeigt eine Spule regenbogenfarbener Gehirnverbindungen, die den bemerkenswerten Verfall neuronaler Netze in einem Mausmodell der Alzheimer-Krankheit verdeutlichen.
Die Hoffnung besteht darin, dass Johnson und andere durch die Weiterentwicklung der MRT zu einem noch leistungsfähigeren Mikroskop Mausmodelle menschlicher Krankheiten wie Huntington-Krankheit, Alzheimer und andere besser verstehen können. Und das sollte zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie ähnliche Dinge bei Menschen funktionieren oder schief gehen.
„Vom National Institute of Aging unterstützte Untersuchungen haben ergeben, dass geringfügige Eingriffe in die Ernährung und Medikamente dazu führen können, dass Tiere 25 % länger leben“, sagte Johnson. „Die Frage ist also, ist ihr Gehirn während dieser verlängerten Lebensspanne noch intakt? Könnten sie noch Kreuzworträtsel lösen? Werden sie in der Lage sein, Sudoku zu lösen, obwohl sie 25 % länger leben? Und wir haben jetzt die Kapazität, uns das anzuschauen. Und wenn wir das tun, können wir das direkt auf die menschliche Verfassung übertragen.“
Referenz: „Merged Magnetic Resonance and Light Sheet Microscopy of the Whole Mouse Brain“ von G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook, Gary P. Cofer, James J. Cook, James C. Gee, Adam Hall, Kathryn Hornburg, Yi Qi, Fang-Cheng Yeh, Nian Wang, Leonard E. White und Robert W. Williams, 17. April 2023,Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
DOI: 10.1073/pnas.2218617120
Diese Forschung wurde unterstützt von derNationale Gesundheitsinstitute(R01-AG070913391, R01-NS096729, P41EB015897, S10OD010683).
Verpassen Sie keinen Durchbruch:
Folgen Sie uns weiterUndGoogle News.
Die von Duke geleitete MRT-Technologie zeigt das gesamte Mausgehirn in höchster Auflösung.
Forschern mehrerer Universitäten ist ein Durchbruch in der MRT-Technologie gelungen, indem sie die schärfsten Bilder eines Mausgehirns aller Zeiten aufgenommen haben. Diese verfeinerte MRT bietet in Kombination mit der Lichtblattmikroskopie eine beispiellose Möglichkeit, die Konnektivität des Gehirns zu visualisieren und möglicherweise zu einem besseren Verständnis neurodegenerativer Erkrankungen beim Menschen zu führen.
Mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) visualisieren wir weiches, wässriges Gewebe, das mit Röntgenstrahlen nur schwer darzustellen ist. Aber während eine MRT eine ausreichend gute Auflösung bietet, um einen Gehirntumor zu erkennen, muss sie viel schärfer sein, um mikroskopische Details im Gehirn sichtbar zu machen, die seine Organisation offenbaren.
In einer jahrzehntelangen technischen Meisterleistung unter der Leitung des Duke’s Center for In Vivo Microscopy mit Kollegen am University of Tennessee Health Science Center,Universität von PennsylvaniaAn der University of Pittsburgh und der Indiana University nahmen Forscher den Spießrutenlauf an und verbesserten die Auflösung der MRT, was zu den schärfsten Bildern führte, die jemals vom Gehirn einer Maus aufgenommen wurden.
Zeitgleich mit dem50ThJahrestag der ersten MRT, erstellten die Forscher Scans eines Mausgehirns, die deutlich schärfer sind als ein typisches klinisches MRT für Menschen, das wissenschaftliche Äquivalent des Übergangs von einer pixeligen 8-Bit-Grafik zu den hyperrealistischen Details eines Chuck-Close-Gemäldes.
Ein einzelnes Voxel der neuen Bilder – man kann es sich wie einen kubischen Pixel vorstellen – misst nur 5 Mikrometer. Das ist 64 Millionen Mal kleiner als ein klinisches MRT-Voxel.
Obwohl die Forscher ihre Magnete auf Mäuse statt auf Menschen konzentrierten, bietet die verfeinerte MRT eine wichtige neue Möglichkeit, die Konnektivität des gesamten Gehirns in rekordverdächtiger Auflösung sichtbar zu machen. Die Forscher sagen, dass neue Erkenntnisse aus der Mausbildgebung wiederum zu einem besseren Verständnis der Zustände beim Menschen führen werden, etwa wie sich das Gehirn mit dem Alter, der Ernährung oder sogar bei neurodegenerativen Erkrankungen verändertAlzheimer.
„Es ist etwas wirklich Ermöglichendes. Wir können beginnen, neurodegenerative Erkrankungen auf eine ganz andere Art und Weise zu betrachten“, sagte G. Allan Johnson, Ph.D., Hauptautor der neuen Arbeit und angesehener Professor für Radiologie, Physik und biomedizinische Technik der Charles E. Putman University an der Duke University.
Johnsons Aufregung lässt lange auf sich warten. Die neue Arbeit des Teams, veröffentlicht am 17. April in derVerfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenist der Höhepunkt von fast 40 Jahren Forschung amDuke Center für In-vivo-Mikroskopie.
Entwicklung der leistungsstärksten MRT-Geräte
Im Laufe der vier Jahrzehnte haben Johnson, seine Ingenieurstudenten und seine zahlreichen Mitarbeiter bei Duke und anderswo viele Elemente verfeinert, die zusammengenommen die revolutionäre MRT-Auflösung ermöglichten.
Zu den Hauptzutaten gehören ein unglaublich starker Magnet (die meisten klinischen MRTs basieren auf einem 1,5 bis 3 Tesla-Magneten; Johnsons Team verwendet einen 9,4 Tesla-Magneten), ein spezieller Satz Gradientenspulen, die 100-mal stärker sind als die in einem klinischen MRT und bei der Erstellung des Gehirnbildes helfen, und ein Hochleistungscomputer, der fast 800 Laptops entspricht, die alle auf Hochtouren laufen, um ein Gehirnbild abzubilden.
Nachdem Johnson und sein Team „das Tageslicht herausgescannt“ haben, schicken sie das Gewebe los, um es mit einer anderen Technik namens Lichtblattmikroskopie abzubilden. Diese ergänzende Technik gibt ihnen die Möglichkeit, bestimmte Zellgruppen im gesamten Gehirn zu markieren, beispielsweise Dopamin-produzierende Zellen, um das Fortschreiten der Parkinson-Krankheit zu beobachten.
Anschließend ordnet das Team die Lichtblattbilder, die einen äußerst genauen Blick auf Gehirnzellen ermöglichen, auf den ursprünglichen MRT-Scan zu, der anatomisch viel genauer ist und einen anschaulichen Blick auf Zellen und Schaltkreise im gesamten Gehirn bietet.
Mit diesen kombinierten Datenbildern des gesamten Gehirns können Forscher nun auf noch nie dagewesene Weise in die mikroskopischen Geheimnisse des Gehirns blicken.
Einblicke in Alterung und Neurodegeneration mit atemberaubenden Details
Eine Reihe von MRT-Bildern zeigt, wie sich die hirnweite Konnektivität mit zunehmendem Alter der Mäuse verändert und wie sich bestimmte Regionen, wie das für das Gedächtnis zuständige Subiculum, stärker verändern als der Rest des Gehirns der Maus.
Eine weitere Reihe von Bildern zeigt eine Spule regenbogenfarbener Gehirnverbindungen, die den bemerkenswerten Verfall neuronaler Netze in einem Mausmodell der Alzheimer-Krankheit verdeutlichen.
Die Hoffnung besteht darin, dass Johnson und andere durch die Weiterentwicklung der MRT zu einem noch leistungsfähigeren Mikroskop Mausmodelle menschlicher Krankheiten wie Huntington-Krankheit, Alzheimer und andere besser verstehen können. Und das sollte zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie ähnliche Dinge bei Menschen funktionieren oder schief gehen.
„Vom National Institute of Aging unterstützte Untersuchungen haben ergeben, dass geringfügige Eingriffe in die Ernährung und Medikamente dazu führen können, dass Tiere 25 % länger leben“, sagte Johnson. „Die Frage ist also, ist ihr Gehirn während dieser verlängerten Lebensspanne noch intakt? Könnten sie noch Kreuzworträtsel lösen? Werden sie in der Lage sein, Sudoku zu lösen, obwohl sie 25 % länger leben? Und wir haben jetzt die Kapazität, uns das anzuschauen. Und wenn wir das tun, können wir das direkt auf die menschliche Verfassung übertragen.“
Referenz: „Merged Magnetic Resonance and Light Sheet Microscopy of the Whole Mouse Brain“ von G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook, Gary P. Cofer, James J. Cook, James C. Gee, Adam Hall, Kathryn Hornburg, Yi Qi, Fang-Cheng Yeh, Nian Wang, Leonard E. White und Robert W. Williams, 17. April 2023,Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
DOI: 10.1073/pnas.2218617120
Diese Forschung wurde unterstützt von derNationale Gesundheitsinstitute(R01-AG070913391, R01-NS096729, P41EB015897, S10OD010683).
Verpassen Sie keinen Durchbruch:
Folgen Sie uns weiterUndGoogle News.
