Las imágenes del cerebro ahora son 64 millones de veces más nítidas

La resonancia magnética nuclear (RMN) es una forma de visualizar tejido blando y acuoso que es difícil de visualizar con rayos X. Pero mientras que la resonancia magnética proporciona una resolución lo suficientemente buena para detectar un tumor cerebral, debe ser mucho más nítida para visualizar los detalles microscópicos del cerebro que revelan su organización.

En una gira de ingeniería de décadas dirigida por el Centro de Microscopía In Vivo de Duke con colegas del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Tennessee, la Universidad de Pensilvania, la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de Indiana, los investigadores aceptaron el desafío y mejoraron la resolución de la resonancia magnética. . dando como resultado las imágenes más nítidas del cerebro del ratón.

Simultáneamente 50 años desde la primera imagen por resonancia magnéticaLos investigadores crearon escaneos claros de cerebros de ratones que son dramáticamente más nítidos que las resonancias magnéticas clínicas típicas para humanos, el equivalente científico de gráficos pixelados de 8 bits a los detalles hiperrealistas de una pintura de Chuck Close.

Un solo vóxel en las nuevas imágenes, piénselo como un píxel cúbico, tiene solo 5 micrones. Es 64 millones de veces más pequeño que un vóxel de resonancia magnética clínica.

Aunque los investigadores centraron los imanes en ratones en lugar de en humanos, la sofisticada resonancia magnética ofrece una nueva forma importante de visualizar las conexiones en todo el cerebro con una precisión sin precedentes. Los nuevos conocimientos de las imágenes de ratones conducirán a su vez a una mejor comprensión de las condiciones humanas, por ejemplo, cómo cambia el cerebro con la edad, la dieta o incluso las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, dicen los investigadores.

“Es algo que realmente permite. Podemos empezar a ver las enfermedades neurodegenerativas de una manera completamente diferente”, dijo G. Allan Johnson, Ph.D., autor principal del nuevo artículo y profesor distinguido de la Universidad Charles E. Putman. en radiología, física e ingeniería biomédica en Duke.

La emoción de Johnson dura mucho tiempo. El nuevo trabajo del equipo, que verá la luz el 17 de abril procedimientos de la Academia Nacional de Cienciases la culminación de casi 40 años de investigación en el Duke Center for In Vivo Microscope.

En el transcurso de cuatro décadas, Johnson, sus estudiantes de posgrado en ingeniería y sus muchos colaboradores en Duke y más allá refinaron muchos de los elementos que juntos hicieron posible la revolucionaria resolución de MRI.

Algunos de los ingredientes clave son un imán increíblemente poderoso (la mayoría de las resonancias magnéticas clínicas se basan en imanes de 1,5 a 3 teslas; el equipo de Johnson usa un imán de 9,4 teslas), un conjunto especial de bobinas de gradiente que son 100 veces más fuertes que una resonancia magnética clínica y ayudan a crear un imagen del cerebro y una computadora eficiente equivalente a casi 800 computadoras portátiles, todas girando para obtener imágenes de un solo cerebro.

Una vez que Johnson y su equipo “escanean la luz del día”, envían el tejido para que se tomen imágenes usando una técnica diferente llamada microscopía de placa de luz. Esta técnica complementaria les permite etiquetar grupos específicos de células en el cerebro, como las células productoras de dopamina, para rastrear la progresión de la enfermedad de Parkinson.

Luego, el equipo mapea las imágenes de la placa de luz, que brindan una imagen muy precisa de las células cerebrales, en la resonancia magnética original, que es mucho más precisa anatómicamente y brinda una imagen vívida de las células y los circuitos en todo el cerebro.

Con estas imágenes combinadas de datos de todo el cerebro, los investigadores ahora pueden observar los misterios microscópicos del cerebro de formas nunca antes posibles.

Un conjunto de imágenes de resonancia magnética muestra cómo cambia la conectividad de todo el cerebro a medida que los ratones envejecen, y cómo ciertas regiones, como el subículo relacionado con la memoria, cambian más que el resto del cerebro del ratón.

El segundo conjunto de imágenes muestra conexiones cerebrales con los colores del arcoíris que resaltan el deterioro significativo de las redes neuronales en un modelo de ratón con la enfermedad de Alzheimer.

La esperanza es que al hacer que la resonancia magnética sea un microscopio aún más poderoso, Johnson y otros puedan comprender mejor los modelos de ratón de enfermedades humanas como la enfermedad de Huntington, el Alzheimer y otras. Y eso debería conducir a una mejor comprensión de cómo funcionan o salen mal cosas similares en los humanos.

“La investigación respaldada por el Instituto Nacional del Envejecimiento encontró que las intervenciones dietéticas y farmacológicas modestas pueden hacer que los animales vivan un 25 por ciento más”, dijo Johnson. “Entonces, la pregunta es, ¿sus cerebros siguen intactos durante esta vida prolongada? ¿Seguirán siendo capaces de hacer crucigramas? ¿Serán capaces de hacer sudoku aunque vivan un 25 % más? Y ahora tenemos la capacidad de míralo. Y cuando lo hagamos, podemos revertirlo directamente en la condición humana”.