Число нейронных связей в человеческом мозге превосходит число предполагаемых галактик во Вселенной. И теперь ученые могут увидеть каждую связь в отдельности. Новый инструмент визуализации обещает дать новые знания об устройстве мозга и его работе.

Ученые разработали механизм, позволяющий видеть в наноразрешении все клеточные объекты и компоненты, включая нейроны, синапсы, аксоны, дендриты, митохондрии, клетки кровеносного сосуда и другие. О технологии сообщается в журнале Cell.

Метод визуализации разработан учеными из Бостонского университета медицины и Гарвардского университета. Он основан на получении ультратонких срезов головного мозга с помощью алмазного ножа и рассмотрении материалов под электронным микроскопом.

Затем данные визуализируются с помощью специального программного обеспечения, использующего для выделения объектов различные цвета.

Чтобы продемонстрировать работу технологии исследователи заглянули в мозг взрослой мыши. Они отобразили крохотный кусочек коры мышиного мозга в разрешении, позволившем разглядеть синаптические везикулы. Специфический участок демонстрирует процесс получения сенсорной информации от усов мыши, которые намного более чувствительны, чем кончики человеческих пальцев.

Отмечая значительный избыток синаптических связей, исследователи проанализировали, как аксоны и дендриты соединяются.

Аксон — нервное волокно: он передает электрические импульсы, как волоконно-оптический кабель. Дендриты же можно сравнить с входными разъемами на электронных устройствах. Они представляют собой отделения, которые выступают из нейрона, получают импульсы от аксонов и преобразовывают ту информацию в сигнал, который понимает нейрон.

Ранее считалось, что количество синапсов в коре равномерно распределено под потенциальные целевые нейроны (правило Петерса). Однако исследователи доказали, что это не так. Есть более сложные отношения между аксонами и дендритами, которые заставляют множественные синапсы формироваться для определенных дендритов. Указывать на формирование синапса, оказывается, может присутствие другого синапса между парой тех же самых аксона и дендрита.

Ученые уверены, что полученные данные свидетельствуют о необходимости использования детализированных изображений нейробиологами, желающими лучше понять мозг.

С другой стороны, получение новых данных поднимет новые вопросы и не гарантирует лучшего понимания мозга. Однако «нет никаких причин, чтобы прекратить подобные эксперименты, пока результаты не являются скучными», утверждают исследователи.

По их мнению, устройство мозга оказалось куда более сложным, чем кто-либо из них мог предположить.

«У нас было ясное представление того … как нейроны соединяются друг с другом, — говорит Нараянан Кастури, один из авторов исследования. — Но если вы фактически смотрите на материал, вам так уже не кажется. Связи так беспорядочны, что трудно вообразить, что они выстроены согласно строгому плану. Но мы проверили, и есть четкая модель, которая не может объясняться случайностью».

Наноразмерное отображение структуры мозга означает, что каждый квадратный миллиметр мозга предстает в ранее невиданном образе. Технология обещает огромные возможности для открытий и исследований. Ученые не теряют веры в то, что в отдаленном будущем смогут получить ответы на все вопросы, связанные с работой мозга.