הודו חשפה מפת מוח תלת-ממדית ברזולוציה תאית

קבוצת חוקרים במרכז המוח ע"ש סודהה גופלקרישנן שבמכון הטכנולוגי ההודי מדרס הציגה אטלס דיגיטלי חדש של גזע המוח האנושי, שלדבריה הוא מן המפורטים שנוצרו עד היום. הכלי, שנקרא Anchor, נבנה כך שיאפשר למדענים ולרופאים לנוע מסריקות של המוח כולו אל רזולוציה של תאי עצב בודדים, תוך שמירה על המיקום המדויק של כל מבנה במרחב.

הישג כזה נוגע באחת הבעיות הוותיקות ביותר בנוירומדע: הפער בין מה שרואים בדימות רפואי, כמו MRI, לבין מה שניתן לזהות רק במיקרוסקופ בחתכי רקמה קטנים. במשך עשרות שנים, חוקרי מוח ונוירופתולוגים נאלצו לעבוד בין שני עולמות נפרדים כמעט לגמרי — מצד אחד תמונה רחבה של המוח כולו, ומצד אחר מבט נקודתי על תאים בודדים.

למה דווקא גזע המוח נמצא במרכז

גזע המוח הוא חלק קטן יחסית מהמוח, אבל תפקידו קריטי: הוא מחבר בין המוח לחוט השדרה ושולט בפעולות יסוד כמו נשימה, קצב הלב, שינה, ערות ותנועה. בגלל הצפיפות הרבה של תאי העצב והמסלולים העצביים באזור הזה, מיפוי מפורט שלו נחשב למשימה מורכבת במיוחד. פגיעה באשכול קטן של תאים בגזע המוח עלולה לגרום נזק חמור מאוד, ולכן הבנה מדויקת של המבנה שלו חשובה הן למחקר והן לרפואה קלינית.

האטלס החדש מבוסס על יותר מ-500 חתכי רקמה ממוחות בשלבי חיים שונים — מעוברים, דרך ילדות ועד בגרות. החוקרים שילבו תמונות מיקרוסקופיות ברזולוציה גבוהה עם שחזור תלת-ממדי, ובאמצעות שמונה סמנים כימיים זיהו יותר מ-200 קבוצות של תאי מוח ומסלולי עצב. התוצאה היא מפה דיגיטלית מפורטת של אזור שנחשב עד היום לפחות ממופה ביחס לחשיבותו הביולוגית.

החיבור בין ה-MRI למיקרוסקופ

לדברי רבקה פולקרת', המשתפת פעולה עם הצוות ומזוהה עם בית הספר לרפואה של הרווארד ועם אוניברסיטת ניו יורק, זו בדיוק הבעיה שמעסיקה נוירופתולוגים במשך שנים. בראיון אמרה כי בבדיקות פתולוגיות של מחלות כמו אלצהיימר נהוג לבחון רק 15 עד 20 חתכי רקמה, כלומר חלק זעיר מאוד ממוח שמשקלו נע בדרך כלל בין 1.2 ל-1.5 קילוגרם. "כנוירופתולוגית, אני מתחילה בבחינת מוח שלם בעין בלתי מזוינת לפני שאני מסתכלת על חתיכות קטנות במיקרוסקופ", אמרה.

לדבריה, המערכת החדשה מתקרבת לחלום מקצועי ישן: התאמה ישירה בין סריקות מוח לבין האנטומיה המיקרוסקופית שלו. במילים פשוטות, במקום להסתפק בתמונה כללית או בחתכים מבודדים, אפשר לראות כיצד כל תא וכל מסלול משתלבים במבנה הרחב של גזע המוח.

שובה טולה, נוירוביולוגית ממכון טאטא למחקר יסודי, תיארה את המיזם כתוכנית בעלת חזון שממקמת את הודו בשורה אחת עם המרכזים המובילים בעולם. לדבריה, מדובר בשילוב חריג בהיקפו בין הנדסה, מדעי המוח ורפואה.

מה אפשר לעשות עם האטלס החדש

החוקרים מדגישים כי Anchor אינו כלי אבחוני, אלא תשתית מחקרית. המשמעות היא שהוא לא נועד לקבוע אם מטופל מסוים חולה, אלא לספק מסגרת השוואה שתסייע להבין טוב יותר כיצד מחלות משנות את גזע המוח. ההערכה היא שהשימוש בו עשוי להתרחב למחקר על פרקינסון, שבץ, אלצהיימר, דמנציה ואף מוות בעריסה.

פרתה מיטרה, חוקר מוח ממעבדת קולד ספרינג הארבור בניו יורק, אמר כי אטלסים מסוג זה עשויים לשנות את חקר המחלות הנוירולוגיות, משום שהם מאפשרים להשוות בין מוח בריא למוח חולה ברמת התא הבודד. לדבריו, אפשר יהיה לבחון כך גם נזקים נוירולוגיים ארוכי טווח לאחר זיהומים, ובהם קורונה.

פולקרת' הוסיפה כי כבר כעת נחשפו באמצעות האטלס מאפיינים חדשים הקשורים לשבץ מוחי, שעשויים בעתיד לסייע לרופאים לזהות רקמה פגועה שעדיין אינה אבודה לחלוטין — ובכך לשפר את סיכויי השיקום. חוקרים אחרים סבורים שהמפה החדשה עשויה לסייע גם לנוירוכירורגים לנווט בבטחה רבה יותר באזור רגיש במיוחד לניתוח.

השלב הבא: יותר מ-100 מוחות אנושיים

אחד ההיבטים הבולטים במיזם הוא גם המחיר היחסי שלו. במקום להסתמך בעיקר על שיטות מולקולריות יקרות, הצוות בנה את האטלס מתמונות ברזולוציה גבוהה של חתכי רקמה דקים לאחר המוות. במרכז במדרס עבדו כ-20 מדענים במשך 18 חודשים על ניתוח ידני של יותר מ-200 חתכים, כחלק ממאמץ רחב יותר של מרכז שמאחד כיום יותר מ-200 חוקרים, מהנדסים וטכנאים עם שיתופי פעולה בינלאומיים.

לדברי מוהנסנקר סיוופראקסם, ראש המרכז, דווקא המוח האנושי עצמו נותר עד היום ממופה פחות מכפי שנהוג לחשוב, בין השאר מפני שקשה להשיג רקמות אנושיות למחקר מפורט. לדבריו, לבעלי חיים שונים כבר נבנו מפות מוח מדויקות מאוד, בעוד שבאדם נותרו עדיין אזורים רבים שלא תוארו לעומק.

השלב הבא של המרכז הוא ambitious לא פחות: יצירת ספריית ייחוס של יותר מ-100 מוחות אנושיים שלמים, בשלבי חיים שונים ובמצבים נוירולוגיים שונים, בהם אלצהיימר ודמנציה. אם התוכנית תושלם, היא עשויה לאפשר לחוקרים לעקוב לא רק אחר מבנה המוח הבריא, אלא גם אחר הדרך שבה מחלות מעצבות אותו מחדש, תא אחר תא.

האטלס החדש אינו פותר את חידת המוח האנושי, אך הוא מציע לחוקרים מפה מדויקת בהרבה מזו שעמדה לרשותם עד כה — וזו נקודת פתיחה חשובה למחקר הבא.