BigBRAIN: l’atlante digitale super dettagliato e in 3D del cervello umano


Presentato nel numero del 21 giugno 2013 di Science, BigBRAIN è in grado di mostrare l’anatomia del cervello con dettaglio microscopico grazie a una risoluzione spaziale di soli 20 micron (la risoluzione offerta dalle immagini ottenute con risonanza magnetica è di un millimetro), superando di un fattore 50 in ciascuna delle tre dimensioni i più minuziosi atlanti del cervello attualmente disponibili. 
Il dataset BigBRAIN è stato messo a disposizione della comunità scientifica gratuitamente sul CBRAIN Portal con lo scopo di far avanzare il campo delle neuroscienze.

Il progetto “è stato un tour-de-force che ha previsto il montaggio di immagini di oltre 7.400 singole sezioni istologiche, ciascuno con le proprie distorsioni, strappi e lacerazioni, in formato tridimensionale”, ha detto l’autore senior Alan Evans, professore presso il Montreal Neurological Institute della McGill University di Montreal in Canada. “Questo insieme di dati consente per la prima volta una esplorazione in 3D dell’anatomia della citoarchitettura (struttura cellulare di un tessuto) umana”. Le sottilissime sezioni istologiche da digitalizzare sono state ottenute tagliando il cervello di una donna di 65 anni, immerso in paraffina, con uno speciale strumento di grandi dimensioni chiamato microtomo. Ci sono volute circa mille ore per raccogliere i dati e le immagini risultanti hanno evidenziato differenze nel modello laminare tra le aree del cervello.

Il nuovo atlante, che fa parte del progetto europeo Human Brain, si propone come potente strumento per facilitare la ricerca neuroscientifica e “ridefinisce le mappe tradizionali”, ha spiegato Katrin Amunts dal Centro di ricerca Jülich e direttore del Cecile e Oskar Vogt Institute for Brain Research presso l’Università Heinrich Heine di Düsseldorf in Germania. “I famosi atlanti sulla citoarchitettura risalenti ai primi anni del Novecento sono disegni semplificati di un cervello e si basano su una mera analisi visiva dei modelli di organizzazione cellulare,” ha aggiunto Amunts.

I ricercatori ritengono che, vista la mole di dati, ci sarà una spinta da parte di coloro che li utilizzeranno per sviluppare nuovi e preziosi strumenti per la loro visualizzazione, gestione e analisi. “Abbiamo in programma di ripetere questo procedimento in un campione di cervelli in modo da quantificare la variabilità citoarchitetturale”, ha detto il dottor Evans. “Vogliamo anche integrare questo insieme di dati con mappe ad alta risoluzione della connettività della materia bianca nei cervelli post-mortem”.

“Intendiamo integrare i dati sui recettori del cervello umano nel sistema di riferimento fornito dal BigBRAIN”, ha continuato il co-autore Karl Zilles, docente senior della Jülich Aachen Research Alliance ed ex direttore del Cecile e Oskar Vogt Institute for Brain Research dell’Università Heinrich Heine di Düsseldorf in Germania. “Vorremmo anche trasferire le mappe ad alta risoluzione dei dati quantitativi sulla distribuzione regionale e laminare dei complessi recettoriali in modo da esplorare il rapporto tra microanatomia corticale e molecole chiave della neurotrasmissione.”
Grazie a questa elevatissima risoluzione gli scienziati potranno acquisire maggiori conoscenze sulle basi neurobiologiche di cognizione, linguaggio ed emozioni.

In futuro, inoltre, si prevede di effettuare misurazioni dello spessore corticale per investigare sui disordini neurodegenerativi e dell’invecchiamento, e di mirare a generare a un modello di cervello con una risoluzione di 1 micron, in grado di catturare dettagli della morfologia cellulare.
Fonte: Katrin Amunts et alii, “BigBrain: An Ultrahigh-Resolution 3D Human Brain Model”. Science, 21 giugno 2013