Spektakuläre Gehirn Bilder zeigen überraschend einfachen Struktur

Atemberaubende neue Grafik von Gehirn offenbaren ein trügerisch einfaches Muster der Organisation in der Verkabelung der dieses Komplexes Organ.

Anstelle von Nervenfasern Reisen wohl oder übel durch das Gehirn wie Spaghetti, wie einige Bildgebung vorgeschlagen hat, die neue Portraits offenbaren zweidimensionalen Blatt parallele Fasern Kreuz und quer durch andere Blätter im rechten Winkel in einer gitterähnlichen Struktur, die Falten und Kopulationen mit den Windungen des Gehirns.

Das gleiche Muster erschien in den Gehirnen der Menschen, Rhesusaffen, Nachtaffen, Krallenaffen und Galagos, berichten Forscher heute (29. März) in der Fachzeitschrift Science.

"Fazit: die Fasern des Gehirns bilden ein 3D Raster und sind dadurch besonders einfach organisiert", sagte Studienleiter Van Wedeen, Neurowissenschaftler an der Harvard Medical School und Massachusetts General Hospital, LiveScience. "Dieses Motiv des Grenzübergangs in drei Achsen ist das Grundmotiv des Gehirngewebes." " [Im Inneren des Gehirns: eine Reise durch die Zeit]

Die organisierten Gehirn

Die Oberfläche des Gehirns enthält etwa 40 Milliarden Nervenzellen, die etwa 1.000 Verbindungen in einem Muster Hirnforscher noch zu entziffern, Marsel Mesulam, der Direktor des Zentrums der Alzheimer-Krankheit an der Northwestern University und Kognitive Neurologie gesagt haben. Mesulam, der nicht an der Studie beteiligt war, nannte Wedeens Werk "sehr spannend."

"Es kann nicht mehr Grundfrage der Philosophie, Psychologie," sagte Mesulam LiveScience. "Das menschliche Gehirn ist das komplexeste Gerät im bekannten Universum, und es funktioniert durch die Nervenzellen miteinander zu reden. Wenn wir nicht herausfinden können, wie sie entscheiden, wer zu reden und was sie erzählen einander, wir einfach nicht verstehen wie das Gehirn funktioniert. "

Mit einer Technik er entwickelte Verbreitung Spektrum Magnetresonanz-Tomographie (MRT) genannt, Wedeen verfolgt die Bewegung der Wassermoleküle an den Schnittpunkten der Gehirn-Fasern (die zellulären Projektionen, die das Gehirn Kommunikationsnetz zu bilden), verfolgen die Ausrichtung der jede Faser an jeder Kreuzung.

"Was dabei herauskam erstaunlich war", sagte Wedeen. "Was dabei herauskam war, dass der Satz von Fasern, die eine bestimmte Faser unweigerlich überschritten – und das ist immer eine wirklich starke — parallel zueinander verlaufende Fasern aussehen, alle kommen wie die Zähne eines Kammes und in eine Richtung überqueren." [Siehe Video der Gehirnstruktur]

Tierexperimentelle Studien hatte vorgeschlagen, dieses Muster kann vorhanden sein, und Forscher wussten bereits, dass die Nervenzellen im Rückenmark und Hirnstamm in sehr strukturierten parallelen und loten auch beim Menschen (man beachte die langen Nervenfasern, die das Rückgrat heruntergekommen und dann verzweigen sich senkrecht von der Wirbel) organisiert wurden. Aber es ist schwierig, hochauflösende Scans von Faser-Verbindungen im menschlichen Cortex, da die Menschen neigen dazu, sich unwohl, wenn Sie in einem MRI-Scanner für mehr als 45 Minuten oder so, sagte Wedeen. Aus diesem Grund wie Bilder des menschlichen Gehirns, die Verbindungen haben tendenziell sehen Wirren Spaghetti, sagte er.

Wedeen und seine Kollegen gescannten vier Arten von Primas Gehirne von verstorbenen Tieren, damit sie die Gehirne für bis zu 48 Stunden Bild sowie Gehirne von lebenden menschlichen Probanden mit einem neuen Scanner, der 10 Mal die Auflösung der konventionellen MRT-Geräten erreichen können. Mittels einer speziellen Software, rekonstruierten die Forscher dann dreidimensionale Bilder des Gehirns-Faser Wege.

"Blick über mehrere Arten, wie sich herausstellte, dass das Muster im Wesentlichen ähnliche wurde," sagte Wedeen. "Wenn Sie von Primaten mit kleinen Köpfchen ging Primaten mit großen Gehirnen... waren die Regeln die gleichen, aber sie wurden mehr vielfältig und mit mehreren Schichten in den größeren, komplexeren Gehirnen angewendet wird."

Anpassungsfähige Gehirn

Die Feststellung der klar, oben-unten, vorne und hinten und Seite-an-Seite-Organisation im Gehirn macht Sinn, Wedeen sagte, angesichts der Tatsache, dass das Gehirn musste neu verkabeln beide evolutionär (in Form der spezialisierten Gehirne Menschen heute rühmen) und während seiner Lebenszeit (wie es wächst und, zum Beispiel lernt). Wenn die Organisation der Kommunikation chaotisch waren, das würde nicht funktionieren.

"Es ist wie Ihr Keller nach dem Zufallsprinzip Neuverkabelung," sagte Wedeen. "Das erste, was kommt vor, dass, Haus abbrennt, du stirbst."

Das heißt, wäre ein Komplex verdrahteten Gehirn, das die nächste Generation überleben noch erlaubt die Anpassung unmöglich.

"Wenn Sie versuchen, Bild, was passieren würde, wenn Sie versucht, ein Spaghetti-Gehirn in ein anderes Spaghetti Gehirn verwandeln, Sie merken, Sie bräuchten ein unglaublich kenntnisreich intelligente Designer steht über das Gehirn und Neuverkabelung es," sagte Wedeen.

Mit einer organisierten Gitterstruktur Evolution kann jedoch leicht erstellen auf, was vorher kam – zum Beispiel in eine komplexere Vorderhirn beim Menschen im Vergleich zu unseren Verwandten Affen hinzufügen.

Mehr Arbeit getan werden sollte, um die bildgebenden Verfahren der Wedeen mit traditionellen Neuroanatomie Methoden zur Bestätigung der Ergebnisse zu verknüpfen, sagte Mesulam. Wedeen plant, die Karte des menschlichen Gehirns mehr ins Detail zu erweitern. Es ist auch wichtig, die Beziehung zwischen einer Hirnstruktur und seine Funktion zu verstehen, sagte er. Das Verständnis der Struktur eines typischen Gehirns würde letztlich helfen Wissenschaftler begreifen, was passiert, wenn die Entwicklung des Gehirns falsch, wie in der Alzheimer-Krankheit oder psychische Erkrankung geht.

"Sagen Sie, jemand kommt zu Ihnen mit ihren 2-Year-Old und sie sagen:"meine 2 jährige einfach nicht mir in die Augen sucht". Ist dies das ersten Anzeichen des Asperger oder nur eine einzelne Unterschied?" Wedeen sagte. "Sie würde wissen, wie ich anfangen soll. Sie würden wissen, was Sie taten."

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