Koronarer Schnitt (vertikal, vordere Ansicht) durch die Mitte des Tiefenhirns. Er kombiniert auf 1 mm Dicke: im Hintergrund eine Faserorientierungskarte mit Farbkodierung (blau: vertikal; rot: rechts-links/links-rechts; grün: anterior-posterior/posterior-anterior), eine Darstellung tiefer Strukturen (schwarze Konturen und farbige Flächen), sowie Faserbündel aus der Diffusionsbildgebung (feine weiße Linien), die die Komplexität des Connectoms zeigen.
© J.J. Lemaire/Institut Pascal
Die Kenntnis der tiefen Gehirnstrukturen ist entscheidend, um seine Funktionsweise und Pathologien zu verstehen, aber auch um neue therapeutische Ziele zu identifizieren und die Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson durch Gehirnstimulation zu entwickeln. Diese Architektur ist jedoch noch wenig bekannt, vor allem aufgrund der komplexen 3D-Organisation und der oft unvollständigen und ungenauen Terminologie zur Beschreibung der Strukturen.
In einem transdisziplinären Ansatz hat ein Team unter der Leitung des Institut Pascal (IP, CNRS/Université Clermont-Auvergne), bestehend aus Neurochirurgen und Experten für Bildgebung und digitale Wissenschaften, eine detaillierte Kartierung des menschlichen Tiefenhirns erstellt. Dieser neue Atlas des Tiefenhirns steht Forschern aller Disziplinen (Neurowissenschaften, Biologie, Informatik, Klinik usw.) zur Verfügung.
Um die Strukturen des Tiefenhirns und ihre Verbindungen präzise auf einer Skala unter einem Millimeter zu kartieren, führte das Team eine Reihe von MRT-Aufnahmen mit einem gesunden, freiwilligen Probanden durch. Verschiedene Bildgebungsmodalitäten (multimodale MRT) wurden eingesetzt, um feine Strukturen (durch Erhöhung des Bildkontrasts) sowie die Architektur der Verbindungen zwischen den verschiedenen Zellkernen (durch Beobachtung der Wassermoleküldiffusion im Gewebe) sichtbar zu machen.
Die Integration dieser verschiedenen Aufnahmen ermöglichte die Erstellung eines detaillierten Atlas von 118 Strukturen des Tiefenhirns und ihrer Verbindungen, ergänzt durch eine vollständige Terminologie (Lage, Orientierung usw.), die es zukünftigen Nutzern erleichtert, das neue Forschungswerkzeug praktisch anzuwenden.
Die Ergebnisse konnten durch den Vergleich mit einem umfangreichen Datensatz, einschließlich histologischer Schnittbilder, validiert werden.
Seit der Veröffentlichung der Studie wurde der Open-Source-Atlas des Tiefenhirns bereits über tausendmal von Forschern verschiedener Disziplinen heruntergeladen. Das neue Werkzeug kann weiter verbessert werden, indem die Auflösung der Kartierung erhöht wird, um noch feinere Details der Architektur zu beobachten. Darüber hinaus wird eine Softwareumgebung entwickelt, um die Nutzung durch Forscher und Kliniker zu erleichtern.
Dieses neue Werkzeug steht Forschern in den Neurowissenschaften, Biologie, Informatik und Klinik zur Verfügung. Es könnte die Entwicklung von Therapien für neurologische Erkrankungen beschleunigen.