Биологам удалось обнаружит в основе сложных связей между нейронами простую структуру. Оказалось, что отростки нервных клеток в белом веществе совсем не похожи на "миску со спагетти", как думали о них раньше. Волокна, соединяющие разные участки мозга, переплетаются между собой, как в обычной ткани, но в трех измерениях
Нейробиологи создали трехмерную карту связей нейронов в мозге человека и четырех видов обезьян, обнаружив строгую локальную упорядоченность. Оказалось, что белое вещество представляет собой трехмерную ткань, где волокна располагаются перпендикулярно друг другу. Работа опубликована в журнале Science, интервью с первым автором можно посмотреть на сайте National Science Foundation.
Для установления связей между нейронами исследователи использовали разновидность Магнитно-Резонансной Томографии – диффузионную МРТ. Этод метод определяет неравномерность в скорости диффузии молекул воды. Если молекулы находятся в непосредственной близости от аксонов, то их диффузия будет наибольшей вдоль направления аксона. Имея трехмерную карту неоднородности диффузии, можно с помощью компьютерной обработки получить карту структуры связей в мозге. Этот метод называется трактографией.
Рассматривая полученные изображения мозга человека и обезьян, авторы заметили, что аксоны, связывающие разные участки мозга, всегда располагаются в виде геометрически правильной трехмерной сети, где волокна располагаются перпендикулярно друг другу. Переплетение нейронов очень напоминает обычную ткань, с той лишь разницей, что переплетение происходит не в двух, а в трех измерениях.
Авторы говорят, что такая простая и строгая структура была для них неожиданностью. Большинство нейробиологов до сих пор представляли связи в мозге как “миску со спагетти”, по выражению первого автора статьи Вана Видена (Van Wedeen).
Упорядоченная трехмерная структура хорошо видна в локальных участках. При рассмотрении крупных частей или мозга целиком видно, что “ткань” начинает изгибаться в соответствии с их пластичной формой. Чем более ранние с эволюционной точки зрения структуры рассматривали авторы, тем более строгую упорядоченность удавалось обнаружить. Исследователи утверждают, что эта иерархия структуры отражает как эволюционное происхождение мозга, так и его индивидуальное развитие в течение жизни. Строгая первоначальная структура связей является, по их словам, идеальной основой для наращивания сложности.
Работа является частью проекта создания “Коннектома Человека”, то есть полного описания всех связей между клетками нервной системы. Проект осуществляется сетью американских Национальных Институтов Здоровья (NIH) и начал свою работу в июле 2009 года.
