Американские учёные создали систему магнитно-резонансной томографии с рекордной точностью, дающую изображения в 64 миллиона раз более чёткие, чем обычная МРТ. Благодаря этой технологии удалось составить карту всего мозга мыши с выявлением почти субклеточных деталей.
МРТ применяют в медицине для получения изображений мягких и жидких тканей: нервной системы, сердца, мышц и др. Контрастные изменения на снимках помогают точно обнаружить опухоли или повреждения, а функциональная МРТ позволяет измерить активность в разных областях мозга. Тем не менее, существующие МРТ-сканеры не видят мельчайшие детали устройства мозга.
Инновационная система МРТ, разработанная совместно с исследователями Центра микроскопии в естественных условиях Дьюка (Северная Каролина), предоставляет самые четкие на сегодняшний день изображения мозга млекопитающих. Размер вокселя на этих новых изображениях равен всего 5 микрометрам, что в 64 миллиона раз меньше, чем размер вокселя на обычных МРТ. Такое улучшение разрешения эквивалентно превращению однобайтового пиксельного изображения в изображение, достойное лучших камер.
Исследователи получили первые изображения на мышах с потрясающе высоким разрешением связей мозга. Такая точность поможет лучше понять изменения в мозге человека, связанные со старением, питанием или нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера. Это открывает новый взгляд на нейродегенеративные заболевания. — Заявляет ведущий разработчик новой системы Г. Аллан Джонсон.
Сочетание двух технологий
В 2021 году исследователи, работая над другим проектом, создали самый мощный в мире МРТ с магнитной силой 11,7 Тесла (в обычных МРТ она составляет 1,5-3 Тесла). Это позволяет получать изображения с разрешением 400 микрон.
Новое устройство, описанное в журнале PNAS, обеспечивает лучшее разрешение благодаря сочетанию двух технологических достижений, хотя мощность магнитного поля немного ниже (9,4 Тесла). В его основе лежит набор градиентных тензорных катушек с изотропным разрешением 15 микрон – в тысячу раз выше, чем при обычной МРТ. Для получения изображений система поддерживается мощным компьютером, производительностью которого обладают 800 стандартных компьютеров вместе взятых.
Как второе основное звено устройство Джонсона и его команды применяет микроскопию светового листа. Это технология, созданная для больших объектов (организмов, органоидов, органов и биопсий), которая использует особенный принцип освещения, исключающий фототоксичность. Ее стабильность и точность также позволяют наблюдать живые образцы длительное время с субклеточным (микрометровым) разрешением.
Изучив мозговую ткань мышей под дневным светом, исследовательская группа просмотрела ее под световой микроскоп для выявления различных групп клеток мозга (например, выделяющих дофамин). Такая маркировка помогает отслеживать прогрессирование нейродегенеративных заболеваний. По мере старения мышей также можно было наблюдать изменения в определенных областях мозга, таких как субикулум, отвечающий за память.
Серия изображений, демонстрирующих мозговые связи семью цветами, чётко показывает разрушение нейронных сетей в мышиной модели болезни Альцгеймера. Этот процесс наблюдается и у людей, что может помочь понять развитие патологий головного мозга.
По мнению Джонсона, исследования Национального института по проблемам старения показали, что изменения в рационе питания и лекарственные препараты продлевают жизнь на 25%. Новое устройство даст представление о состоянии мозга пациентов, которое может быть нарушено при увеличении продолжительности жизни. Устройство имеет множество других потенциальных применений и может открыть новый путь для понимания нейродегенеративных заболеваний и других состояний.