Международная группа ученых из Института нейровизуализации и информатики им. Стивенсов при Университете Южной Калифорнии под руководством Хулио Э. Вильялон Рейны создала первую в мире подробную карту нейронных связей головного мозга на протяжении всей жизни человека.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Специалисты семь лет собирали данные диффузионной магнитно резонансной томографии более 54 тысяч добровольцев в возрасте от 4 до 91 года из разных стран.
Полученная карта позволяет выявлять отклонения в структуре белого вещества задолго до появления первых клинических симптомов болезни Альцгеймера и шизофрении.
Как ученые создали первую карту нейронных связей
Диффузионная МРТ как основной инструмент
Для изучения белого вещества, то есть плотных пучков нервных волокон, соединяющих отдаленные области мозга, команда применила метод диффузионной МРТ.
Данная технология отслеживает движение молекул воды в тканях: в здоровых волокнах вода течет упорядоченно, а в поврежденных растекается свободнее.
Обычное сканирование не дает такой детализации, поэтому новое исследование стало прорывом в визуализации микроструктуры мозга.
Карта охватывает весь жизненный цикл органа, от детства до глубокой старости, и впервые позволяет проследить динамику изменений в масштабе десятилетий.
Почему мозг развивается и стареет неравномерно
Пик организованности связей и позднее созревание
Анализ подтвердил, что мозг не является однородной системой: разные его области достигают зрелости в разное время.
Один из ключевых показателей, организованность нейронных связей, достигал пика примерно в 29 лет.
Другие параметры продолжали улучшаться до конца 30 х, 40 х и даже начала 50 х годов.
Исследование также подтвердило давнюю гипотезу нейробиологии: те участки мозга, которые созревают позже всего, быстрее деградируют в пожилом возрасте.
Вильялон Рейна отметил, что развитие и старение мозга не являются однородными процессами, и новая карта наглядно демонстрирует эту сложность.
Как карта поможет диагностировать болезни до симптомов
Проверка на пациентах с деменцией и шизофренией
Ученые проверили карту на снимках людей с болезнью Альцгеймера, легкими нарушениями памяти и генетическим заболеванием, повышающим риск шизофрении.
Модель зафиксировала у таких пациентов нейронные связи, выходящие далеко за пределы возрастной нормы, особенно в зонах, отвечающих за память.
При этом даже при одинаковом диагнозе изменения проявлялись в разных местах у каждого пациента, что указывает на индивидуальный характер патологии.
Таким образом, карта позволяет не просто констатировать наличие болезни, но и видеть ее уникальный след в структуре мозга конкретного человека.
Индивидуальный подход и открытый доступ
Теперь врач может сравнить мозг пациента с тысячами сканирований людей того же возраста и пола.
Соавтор исследования Пол М. Томпсон пояснил, что метод показывает, чем мозг конкретного человека отличается от ожидаемого для его возрастной и половой группы.
Карты доступны для бесплатного использования любой лабораторией мира, что открывает возможности для глобального сотрудничества.
Исследователи уже планируют применять новый инструмент для изучения более 30 заболеваний мозга, включая рассеянный склероз, эпилепсию и последствия черепно мозговых травм.
Создание первой подробной карты нейронных связей знаменует переход от симптоматической диагностики к предиктивной медицине, где болезни можно перехватывать до того, как они проявят себя.
