Der von Forschern des Human Brain Project entwickelte mehrstufige Julich Brain Atlas könnte bei der Untersuchung von psychiatrischen und altersbedingten Störungen helfen, indem er Gehirnnetzwerke mit ihrer zugrunde liegenden anatomischen Struktur korreliert. Durch die Abbildung der Mikroarchitektur mit beispielloser Detailtiefe ermöglicht der Atlas ein besseres Verständnis der Gehirnkonnektivität und -funktion. Forscher des HBP haben in der Fachzeitschrift Biological Psychiatry einen Überblick über den Jülicher Hirnatlas bereitgestellt. Der Artikel konzentriert sich auf die Zytoarchitektur und Rezeptorarchitektur des menschlichen Gehirns und wie man den Atlas im Bereich der psychiatrischen Forschung anwendet.
Die Zytoarchitektur, die Untersuchung der Verteilung, Dichte und Morphologie von Zellen im Nervensystem, hat eine lange Geschichte in der Hirnkartierung. Neurowissenschaftler bemerkten bereits Ende des 19. Jahrhunderts strukturelle Unterschiede zwischen Bereichen des Kortex und begannen, ihn in verschiedene Bereiche zu unterteilen. Die Bereiche wurden als wichtige Korrelate mit Gehirnfunktion und Dysfunktion angesehen. Neben der Zellarchitektur enthält der Jülicher Hirnatlas auch Karten zur Verteilung von Rezeptoren für die Neurotransmitter, die die Gehirnaktivität modulieren. Neurotransmitter-Rezeptoren unterscheiden sich nicht nur zwischen Bereichen, sondern auch zwischen den verschiedenen Schichten eines Bereichs und sind daher eng mit seinem Konnektivitätsmuster verbunden und für seine Rolle in größeren Netzwerken relevant. Basierend auf den von Post-Mortem-Gehirnen gesammelten Daten berücksichtigt der Atlas die natürlich vorkommende Variabilität zwischen Subjekten, indem er probabilistische Karten in 3D-Räumen anstelle der Karte nur eines einzelnen Gehirns erstellt.
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Der Jülicher Hirnatlas ist ein „lebender“ Atlas, der mit ständig neuen Erkenntnissen über die Parzellierung des Gehirns wächst und integriert wird. Es ist mit anderen Karten verknüpft, die zB aus Untersuchungen von Faserbahnen im lebenden menschlichen Gehirn stammen. Solche makroskopischen und mikroskopischen Daten sind in den Multilevel Human Brain Atlas des HBP integriert, der in der digitalen Forschungsinfrastruktur von EBRAINS über die Software-Tool-Suite siibra frei zugänglich ist.
Die Forscher listeten aktuelle Anwendungsfälle der Tools in verschiedenen Peer-Review-Studien auf. Nutzer können beispielsweise hochauflösende Bilddaten analysieren, teilen und mit fMRI-Datensätzen vergleichen. Sie können die Zytoarchitektur einer bestimmten Region und ihre Konnektivität sowohl innerhalb als auch mit anderen Regionen untersuchen. Mit einem speziellen Tool namens JuGEX können die Karten mit Genexpressionsdaten aus dem Allen Brain Atlas verknüpft werden, was tiefe multimodale Untersuchungen ermöglicht: Beispielsweise hatten Forscher mit dem Julich Brain Atlas neue Gehirnareale identifiziert, die bei schweren Depressionen eine Rolle spielen . Neuroimaging-Daten von Patienten zeigten bereichsspezifische Veränderungen des Volumens und der Aktivierung der grauen Substanz. Bei JuGEX wurden diese Befunde weiter mit lokalen Unterschieden in der Expression mehrerer Kandidatengene für Major Depression in Verbindung gebracht. Aus großen Bevölkerungsstudien können auch individuelle, personalisierte Karten des Alterns oder der Dysfunktion extrahiert werden, um diagnostische Werkzeuge für Demenz bereitzustellen.
Quelle:
Referenz:
Zachlod, D., et al. (2022) Kartierung der Zyto- und Rezeptorarchitektur zum Verständnis der Gehirnfunktion und -konnektivität. Biologische Psychiatrie. doi.org/10.1016/j.biopsych.2022.09.014.
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