Расшифровка нейронных связей мозга — одна из самых сложных задач современной нейронауки. В крошечном объеме мозговой ткани, составляющей всего один кубический миллиметр, содержатся тысячи нейронов и миллионы соединений между ними — синапсов. Обычно, чтобы увидеть такие микроструктуры, ученые используют электронные микроскопы, но этот метод дорогостоящий и не позволяет определить молекулярный состав клеток.
В новом исследовании нейробиологи предложили более доступный способ: вместо увеличения разрешения — увеличить саму ткань. Ученые увеличили образец мозга почти в 16 раз с помощью технологии под названием «расширяющая микроскопия». Для этого мозговая ткань была помещена в специальный гидрогель, который при добавлении в него воды равномерно разбухает, «растягивая» структуру ткани, но сохраняя расположение всех ее компонентов. Исследователи усовершенствовали состав гидрогеля так, чтобы при увеличении не искажалась структура ткани. Благодаря этому удалось добиться разрешения до 20 нанометров — уровня детализации, ранее недоступного при использовании неэлектронной (световой) микроскопии.
Для визуализации структуры нейронов и молекул, при помощи которых они обмениваются сигналами, исследователи применили флуоресцентные красители. Затем с использованием алгоритмов глубокого обучения они воссоздали трехмерную модель участка коры головного мозга мыши.
Новый подход получил название «connectomics». Он может стать мощной, при этом относительно недорогой альтернативой традиционной электронной микроскопии. Разработка открывает новые горизонты для лабораторий, стремящихся изучать нейронные сети на молекулярном уровне. Это, по мнению авторов проекта, приблизит нас к более глубокому пониманию работы и причин заболеваний мозга.
Об обнаружении новых белков-мишеней для борьбы с болезнью Альцгеймера мы писали ранее.
