Hjernen vist i 3D helt ned til celleniveau
Menneskehjerne kløvet og skannet med hidtil højeste præcision.

Snit gennem 3D-hjernen BigBrain viser detaljer i området hippocampus. (Billede: Fra video af Montreal Neurological Institute/McGill University, Institute of Neuroscience and Medicine/Research Centre Juelich, and National Research Council of Canada)

Snit gennem 3D-hjernen BigBrain viser detaljer i området hippocampus. (Billede: Fra video af Montreal Neurological Institute/McGill University, Institute of Neuroscience and Medicine/Research Centre Juelich, and National Research Council of Canada)

Projektet BigBrain har lavet en datamodel af hjernen, som er nøjagtig ned til en 1/50 millimeter. Det er som tykkelsen på de allertyndeste menneskehår.

Modellen er så nøjagtig, at den tydeligt viser strukturen i forskellige typer hjernevæv. Det er næsten muligt at se hver enkelt hjernecelle, ifølge en fagartikel i tidsskriftet Science.

Forskerne skulle gerne have gjort modellen endnu mere nøjagtig. En musehjerne blev for nylig kortlagt med 20 gange større præcision, ned til 1/1000 millimeter.

Men musehjernen er meget mindre. Selv de kraftigste computere ville ikke kunne klare at behandle datamængden for menneskehjernen, ifølge artiklen.

BigBrain er en frit tilgængelig hjernemodel

BigBrain er åbent tilgængelig. Den viser blandt andet, hvordan forskellige dele af hjernen er koblet sammen og hvor grænserne mellem dem går.

Et specielt skæreapparat, som kaldes en mikrotom, laver ekstremt tynde snit af en 65 år gammel tysk kvindes hjerne. I alt 7.404 snit blev skåret og så skannet for at bygge 3D-modellen BigBrain. (Foto: Amunts, Zilles, Evans et al./Science)

Hjerneforskerne kan også bruge modellen som udgangspunkt og reference til nye kortlægninger.

På denne måde kan modellen kobles til andre typer hjernedata, for eksempel af hvordan hjernen vokser hos fosteret eller fremtidige kort over hjerneaktivitet.

Forskning bygger på doneret kvindehjerne

De canadiske og tyske forskere har brugt mange år på at genskabe en fysisk hjerne som en datamodel.

Hjernen tilhørte en tysk kvinde på 65 år. Hun havde doneret den til universitetet i Düsseldorf.

Hjernen blev først opbevaret i formalin i fem måneder. Så blev den skannet i en magnetresonans-tomograf i april 2003.

Tværsnittene af hjernen blev farvet for at gøre cellekroppene tydeligere. Så blev de skannet for at lave 3D-modellen af hjernen, nøjagtig ned til 20 mikrometer. (Foto: Amunts, Zilles, Evans et al./Science)

En såkaldt tomograf kan lave en model af hjernen, som er ganske nøjagtig, helt ned til 0,3 millimeter. Denne model blev brugt som en grov reference, da den finere kortlægning gik i gang.

Over 7.000 snit gør detaljerne i hjernen synlige

Så blev hjernen dyppet i flydende paraffin, som størknede. Paraffinen gjorden det muligt at skære ekstremt tynde snit af hjernen med en mikrotom, et nøjagtigt skæreapparat.

Snittene blev foretaget bagfra og fremover i hjernen. Hvert tværsnit var kun 1/50 millimeter tykt, svarende til den nøjagtighed, som forskerne ville have for modellen.

Tilsammen blev der skåret 7.404 af disse tværsnit. Hvert tværsnit blev farvet, blandt andet med stoffet eosin. Det gjorde detaljerne i de ekstremt tynde snit mere synlige.

1000 timer skanninger - og stadig fejl

Hvert snit blev så skannet med en nøjagtighed ned til 1/100 millimeter, dobbelt så detaljeret som modellen krævede. Skanningen tog i alt cirka 1000 timer.

3D-hjernen BigBrain skal lægges åbent ud til forskere. (Billede: Fra video af Montreal Neurological Institute/McGill University, Institute of Neuroscience and Medicine/Research Centre Juelich, and National Research Council of Canada.)

For hvert snit tog forskerne også billeder af det, som var tilbage af hjernen, altså det modstående tværsnit.

Disse billeder og MRI-skanningen fra tidligere blev brugt som kontrol, når skanningen af snittene skulle finjusteres. Selv den mest nøjagtige mikrotom undgår nemlig ikke at skade hjernevævet.

Nogle steder var små dele af snittet blevet forskudt ganske meget. Sådanne større fejl rettede forskerne manuelt, mens de sammenlignede med resultaterne fra MRI og kameraet.

29 års processortid

Mindre forskydninger af detaljer blev justeret ved at sammenligne med nabosnit. Forskerne havde udviklet deres egne computerprogrammer til at kunne foretage disse justeringer.

Sådan blev snittene sat sammen igen, lag for lag. Tilsammen krævede denne proces cirka 29 års sammenhængende computerbehandling, fordelt på 25.000 mikroprocessorer.

BigBrain er en del af det store EU-støttede Human Brain Project. Dette projekt har som mål at simulere hjernen med computere for at forstå, hvordan den virker.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.