Gesundheit

MRI-Methode bietet einen hervorragenden Einblick in die Verschaltung des Gehirns Netzwerk

Gedanken, Empfindungen und Emotionen, die zap über das Gehirn, über ein Geflecht von feinen Nervenfasern, die sogenannten Axone. Axon Größe ist entscheidend wichtig für die Allgemeine Funktion des Gehirns sowie bestimmte neurologische Bedingungen. Experten Streben ein Mittel zur nichtinvasiven Messung dieser Fasern für viele Jahre. Ein internationales Forscherteam hat nun eine neuartige MRT-Methode, die es schafft, genau das zu tun.

Die Verkabelung Netzwerk der Gehirn besteht aus Milliarden von Nervenfasern, die sogenannten Axone. Die Dicke der Axone—zusammen mit anderen Eigenschaften—wirkt sich deutlich auf die Art und Weise, in denen Sie tätig sind neuronale Signale, und daher wird die Allgemeine Verarbeitungsgeschwindigkeit des angeschlossenen Neuronen und Hirnarealen. Darüber hinaus sind viele neurodegenerative Erkrankungen wie multiple Sklerose und Alzheimer-Krankheit, sowie Krankheiten wie Krebs, Hirn-Trauma und Schlaganfall, sind bekanntermaßen axonalen Schaden.

Es ist klar, dass Axone sind von entscheidender Bedeutung für das funktionieren des Gehirns, aber Sie sind auch Recht geheimnisvoll. Sie sind so Dünn (bloß Mikrometer im Durchmesser), lotet Sie nicht-invasiv im lebenden Gehirn war bis jetzt unmöglich.

Eine neue kooperative Studie, die von Forschern an der NYU Grossman School of Medicine in den USA, Champalimaud Centre for the Unknown in Portugal und der Cardiff University Brain Research Imaging Center (CUBRIC) in Großbritannien, wurde eine Methode zur Messung dieser mikroskopisch kleinen Drähte mittels MRI (Magnetic Resonance Imaging). Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht in der Fachzeitschrift eLife.

Tauchen in der weißen Substanz

Was war der Durchbruch, führte das team, um diese zu überwinden langjährige Herausforderung? Jelle Veraart, der erste Autor der Studie, erklärt, dass der Schlüssel war eine Weise finden, Sie zu necken abgesehen, zwei Arten von Signalen: solche mit Ursprung aus dem inneren der Axone, und diejenigen, die aus dem umliegenden Gewebe.

„Die MRT funktioniert in Erster Linie durch die Erkennung der Signale von Wasser-Molekülen, die bilden über 80% des menschlichen Gehirns. Axone haben Wasser in Ihnen, aber so macht das Gewebe, die Sie umgibt. So haben wir in der MRT-Biophysik-Gruppe am NYU Grossman Schule der Medizin, eine Methode entwickelt, die bevorzugt unterdrückt, das signal überall, aber die Axone. Insbesondere haben wir modelliert, wie das Wasser-signal verhält sich in verschiedenen teilen des Gewebes. Dann Messen wir die Eigenschaften der Axone in der Stichprobe mit der residual-signal, das entsprach nur zu Ihnen,“ Veraart erklärt.

Aber ein Modell bleibt theoretisch, bis es überprüft wird. Das team daher testeten das Modell mit der präklinischen ultra-high-MRI-Scannern und-Mikroskopie im Champalimaud Centre for the Unknown. Einmal wurde das Modell überprüft mit dieser state-of-the-art Technologien und Methoden, die Forscher weiter zum nächsten Schritt—Ihrer Anwendung auf den Menschen. „Wir führten in dieser phase in Zusammenarbeit mit Derek Jones an der Cardiff University Brain Research Imaging Center, wo Sie haben spezielle MRT-Gerät, das leistungsstark genug ist, um zu evozieren das robuste Signale benötigt für diese Art der Messung“, so Veraart.

Die Ergebnisse der Methode waren hervorragend—in der Erwägung, dass frühere Studien ergaben Messungen wurden um eine Größenordnung größer als bekannt axonalen Größen, das team der Messungen waren beispiellos präzise—nur eine 10-15% – Fehler in Ihrer Schätzung, die die gleichen features.

Was war die Quelle der Fehler? „Wir führen unsere Messungen in den Bereichen der ‚weißen Substanz.‘ Es heißt, dass, weil es in Erster Linie besteht aus Axonen, die haben eine weißliche Farbe. Innerhalb einer Kubik-millimeter-Gewebe, gibt es Dutzende von tausenden von Axonen. Unsere Messungen Schätzung einer gemittelten Metrik aller Axone, und neigen dazu, vorwiegend die größeren Axone in der Gewebeprobe“, erklärt Dmitry Novikov, der NYU Grossman School of Medicine. „Darüber hinaus gibt es weitere Merkmale, die möglicherweise „masquerade“, wie Axone in unsere Signale, wie die ‚Armen‘ von anderen Arten von Zellen im Gehirn namens Astrozyten.“

Nun, dass die Methode etabliert hat, sind die Forscher denken über die nächsten Schritte. „Die in-vivo-Quantifizierung von axon-Durchmesser mit MRT ebnet den Weg in eine neue Zeile der Forschung“, sagt Noam Shemesh, der Champalimaud Centre for the Unknown. „Die MRT ist nicht-invasiv ist, und so kann es verwendet werden, um sicher führen Studien Folgen, dass Veränderungen in Axonen über längere Zeiträume. Je mehr wir lernen, über diese Strukturen, desto näher sind wir dem Verständnis, wie das Gehirn funktioniert, in Gesundheit und Krankheit.“