Neurowetenschappers van Washington University School of Medicine in St. Louis hebben samengesteld een eerste-van-zijn soort atlas van de plooien van de cerebrale cortex, het gerimpelde oppervlak laag van de hersenen gecrediteerd met veel van de hogere cognitieve functies die ons menselijk maken.
De atlas, bekend als de populatie-gemiddelde, Landmark en Surface-based (PALS) Atlas, links hersenfuncties naar de verschillende pieken en dalen van de cortex.
PALS is de eerste hersenen atlas die nauwkeurig de complexe plooien van de cerebrale cortex portretteert niet alleen vanuit een enkel individu, maar van een groep individuen. Het is beschikbaar online zowel een bron voor neurowetenschappers proberen de functies van de hersenen een interessant gebied te bepalen en als een opslagplaats voor het toevoegen van nieuwe gegevens die uit te breiden en fine-tunen van de atlas 'kaarten.
De makers hopen dat het nuttig zal zijn in een breed scala aan onderzoeksprojecten. Onder andere studies, is PALS al wetenschappers te helpen te begrijpen hoe een erfelijke aandoening van de hersenen verandert en hoe de hersenen functie past in reactie op blindheid.
Een papieren over de oprichting van PALS verschijnt deze week online in het tijdschrift Neuroimage.
Senior onderzoeker David Van Essen, Ph.D., de Edison hoogleraar Neurobiologie en het hoofd van de afdeling Anatomie en Neurobiologie, is het opstellen van corticale cartografie voor twee decennia. Hij vergelijkt de wetenschappers de huidige kennis van de details van het menselijk brein structuur naar 17de-eeuwse kaartenmakers 'begrijpen van het oppervlak van de Aarde.
"We weten veel, en we nog veel meer te leren de hele tijd, maar een aantal functies die wij graag in staat zijn om definitief te lokaliseren zijn in feite vol zitten met onzekerheid," zegt hij. "En grote fracties van de cortex hebben gebieden van onenigheid of ronduit fout."
In alle eerlijkheid naar corticale cartografen, Van Essen notities, kaartenmakers in kaart brengen van de aarde nooit te maken met de enorme variabiliteit gevonden in miljarden van de individuele menselijke hersenen. Genetische en omgevingsfactoren verschillen, reacties op letsel en erfelijke aandoeningen kunnen al veranderen de topografie van de hersenen bij kleine en grote wegen.
Ter compensatie van deze variaties, hebben neurowetenschappers ontwikkeld, een proces genaamd registratie waarmee ze mathematisch de resultaten van een hersenscan aan te passen om ofwel te matchen met een atlas of deze in de atlas.
Deze aanpak eerder is gebruikt om de atlassen op basis van onderzoek van het volume van de verschillende hersengebieden monteren.
"De cerebrale cortex is verfrommeld, zodat op dat het precies past in de schedel, zoals een strand bal verfrommeld te passen in een kartonnen doos", aldus Van Essen uit. "Volume-gebaseerde registratie is als knijpen en draaien elke kartonnen doos, zodat ze allemaal uiteindelijk dezelfde grootte. Dat is een goed begin, maar het staat ons niet toe om verschillende plooien te brengen van de individuele strand ballen op een lijn."
Het oppervlak op basis van de registratie stelt de doos opzij, aldus Van Essen.
"Dat laat ons elke cortex te blazen in een perfect sferische vorm, en dan wordt het veel makkelijker om te draaien en lokaal vervormen elk strand bal, zodat ze allemaal consequent afgestemd op de doelgroep atlas," legt hij uit. "We kunnen dit doen met veel meer precisie dan mogelijk is wanneer zowel de atlas en de individuele hersenen zijn in het verkreukelde staat, en dit leidt tot een dramatische verbetering van de kwaliteit van de resultaten."
Aanvankelijk gebaseerd op MRI-scans van 12 gezonde mensen verzameld door Randy Buckner, Ph.D., hoogleraar neurobiologie en radiologie, PALS bevat nu de gegevens van 60 bijkomende scans. Om de atlas zijn eerste test, Van Essen voerde een studie van de structurele verschillen tussen de linker-en rechterhelft van de hersenen.