Во многих атласах по нейроанатомии мелкие структуры – ядра (скопления серого вещества), слои коры мозга – представлены в виде рисунков, схем или же двухмерных гистологических срезов. Для общего поверхностного понимания этого, возможно, и достаточно, но не для более глубоко изучения. Исследователи из США решили это исправить и создали атлас, основанный на трехмерных наборах данных МРТ посмертного мозга с очень высоким пространственным и контрастным разрешением для одновременной многоплоскостной визуализации сложной нейроанатомии. Работа подробно описана в журнале Frontiers in Neuroanatomy.
Нейроанатомия, особенно клинически значимая, довольно сложна для изучения во многом по причине того, что просто не хватает качественных инструментов. Штудирование препаратов мозга не дает заглянуть в мельчайшие структуры, не видимые глазу, а любой атлас, даже подробный гистологический, может «предложить» знакомство с плоскими двухмерными срезами. При этом получить представление о пространственном расположении того или иного ядра довольно затруднительно, что бывает важно в клинике.
Ученые нескольких американских институтов и клиник объединились для того, чтобы создать полноценный трехмерный атлас мозга с очень высоким разрешением, основанный на данных магнитно-резонансной томографии. Сделать такое можно было лишь с анатомическими препаратами. Шесть мозгов фиксировали в растворе формалина в течение четырех недель, а затем визуализировали в МРТ-сканере с напряженностью магнитного поля 3 Тесла. Для этого использовали 64-канальную головную катушку.
Ученые избрали трехмерную T2-взвешенную последовательность с 400-микронным изотропным разрешением (то есть с толщиной среза 0,4 мм). При этом они специальным образом настроили протокол «для микроскопии», так, чтобы по сравнению со стандартным клиническим протоколом достигалось значительное улучшение контрастности изображения. Длительность сканирования составила 7 часов.
Подобная МРТ-микроскопия обеспечила превосходное контрастное разрешение даже небольших ядер и внутренних миелиновых путей внутри базальных ганглиев, таламуса, ствола мозга и мозжечка. Удалось даже визуализировать наличие и видоизменение горизонтальных слоев в коре головного мозга. 3D-наборы данных с изотропным разрешением обеспечили одновременную многоплоскостную визуализацию, позволяя без потери в качестве строить плоскости под любым углом наклона. При клинических протоколах это невозможно сделать с сохранением высокого качества.
Пример МР-изображения с четкой визуализацией шести слоев коры мозга.Credit: Timothy M. Shepherd et al. / Frontiers in Neuroanatomy 2020
Исследователи отмечают, что инструмент доступен в качестве онлайн-ресурса для любых пользователей. Его можно загружать, он доступен для манипуляций и подписей и предназначен для клинической практики, исследований и преподавания, дополняя традиционные гистологические атласы. Причем, это МР-томограммы количественные, то есть каждый пиксель обладает каким-то цифровым значением. Соответственно, изображения поддаются количественной оценке и могут помочь в проверке новых МРТ-протоколов для визуализации структуры мозга in vivo.
Текст: Анна Хоружая