Esimene kõrge eraldusteravusega kaart inimese ajukoore-võrgustikust paljastab, et ajul on oma “telefonikeskjaam”: keskne jaotur, mis ehituslikult seotud aju paljude muude piirkondadega.

Kaardi koostamiseks kasutasid teadlased uut tüüpi ajukuvamist, mida nimetatakse ka difusioonkuvamiseks. See tehnika lubab kaardistada ajuaine üsna ligipääsematut sasipusa — pikki, õhukesi kiude, mis vahendavad signaale rakkude vahel.

Teadlased loodavad, et kaudse, kirurgiavälise meetodiga on edaspidi võimalik uurida Alzheimeri tõbe, skisofreeniat ja autismi põdevate inimeste närviühendusi ning heita seeläbi valgust aju ehituses toimuvate muudatuste seosele nende keeruliste haigustega, vahendab TechnologyReview.

“Tõik, et selline “ajutuum” on olemas, tekitab palju küsimusi, mida me nüüd esitada saame,” kinnitab USAs Bloomingtonis asuva Indiana Ülikooli neuroteadur ja möödunud nädalal “PLos Biology”-nimelises veebižurnaalis avaldatud uurimuse peamisi autoreid Olaf Sporns. “Mis seal toimub? Ja kuidas on see seotud sõnumite vahetamisega aju eri osade vahel?”

Konventsionaalsed kuvamistehnikad nagu strukturaalne magnetresonants-kuvamine (MRI) annavad ettekujutuse aju suurematest anatoomilistest tunnusjoontest. Kuid inimeste aju peenem konstruktsioon — selle eri piirkondi ühendavad närviprojektsioonid — on kuni viimase ajani inimsilmale varjatuks jäänud. “Kõik need aastad tavapärase MRI-aparaadi või kompuutertomograafi abil uuritud aju ei ole tegelikult tõeline aju,” selgitab samuti uurimuses osalenud neoroloog Van Wedeen USAs Bostonis asuvast Massachusettsi Üldhaiglast. “Näeme vaid selle pindade varje.”

Difusioon- ehk hajuskuvamine on järgmine samm magnetresonants-tehnoloogias, mis kasutab peegelduvaid magnetsignaale veemolekulide liikumise jälgimiseks ajus. Hallolluses kipub vesi hajuma mitmes suunas. Valgeolluses hajub see vaid piki närvi-telgniite, nn aksoneid, ning teadlased saavad sellise hajumise mõõtmise abil neid telgniite kaardistada. Difusioonkuva-tehnoloogia uus tulemine, niinimetatud difusioonispekter-kuvamine, lubab teadlasil teha midagi äärmiselt keerulist: määrata kattuvate närvikiudude suunda. “See on ajuühenduste mittekirurgilise kaardistamise seisukohalt väga oluline,” kinnitab tehnika välja arendanud Wedeen.

Wedeen koos kaastöölistega kasutas difusioonispekter-kuvamist viie terve vabatahtliku ajude kuvamiseks, koostades sel moel kogu ajukoore närviühenduste skeemi. Võrgu tuuma määratlemiseks kasutas Sporns matemaatilist tehnikat, mille abil välistas perioodiliselt väikseima arvu ühendustega ühenduspunkte. “Kui seda teha järkjärguliselt, jääb tulemusena järele komplekt omavahel äärmiselt tihedalt ühendatud sõlmpunkte,” väidab ta.

Kõige suurema ühenduste arvuga sõlm, mille Sporns ristis tuumaks, asub kuklas, aju piirkondades, mida nimetatakse posterioorseks mediaalseks ajukooreks ning kiiru-tserebraal-kooreks. Sõlmpunkt paikneb lühimal lõigul närvivõrgu mitme eri piirkonna vaheliste ühenduste vahel. “See on iseenda sisimas väga tihedalt ühendatud, kuid keskse tähtsusega ka ülejäänud aju jaoks,” kinnitab Sporns. “Võrgu-uuringud muudes valdkondades, nagu Internet või valkude omavahelised mõjud, lubavad oletada, et sellised tihedalt ühendatud sõlmed on väga olulised võrgu kui terviku funktsiooni määratlemisel.”

Eelmised ajufunktsioonide kaardistamisega tegelenud uuringud on samuti seda piirkonda esile tõstnud: see on aju üks ainevahetuslikult aktiivsemaid piirkondi, eriti siis, kui inimene on kognitiivses puhkeseisundis, s.t ärkvel ja enesest teadlik, kuid mitte mõne konkreetse ülesandega hõivatud. “Seda nimetatakse puhkeseisundiks, unistamiseks või eneseleviitavaks andmetöötluseks,” ütleb Sporns. Osana värskest uurimusest kasutas Sporns kolleegidega aju eri osade verevarustuse mõõtmiseks funktsionaalset magnetresonants-kuvamist. Nad avastasid, et see on korrelatsioonis valgeolluse ühenduste tihedusega eri uurimisalustel.

Uurijad loodavad kuvamistehnikat rakendada selliste kliiniliste konditsioonide nagu skisofreenia, autism ja Alzheimeri tõbi uurimiseks; kõiki neid haiguseid on seostatud häiretega aju ehituses. “Tahame teada, kus häired ilmnevad ja kas me suudame ühenduste põhjal paremini mõista kliinilisi seisundeid endid,” on Sporns optimistlik.

Küll aga peavad teadlased enne patsientide laialdase uurimisega alustamist tehnikat täiustama. Kaartide koostamiseks piisava üksikasjalikkuse saavutamine nõuab pikemat skannimisaega kui see, millega kliinilises kontekstis harjunud ollakse. “Praegu pole see suure hulga patsientide uurimiseks veel praktiline,” leiab Londoni Psühhiaatriainstituudi närviteadlane Marco Catani, kes teadustöös isiklikult ei osalenud.

Juba murravadki teadurid pead meetodi viimistlemise kallal ning nuputavad välja uusi lähenemisi kogutud andmete signaal-müra-suhte parendamiseks. Oma uut kaarti peavad nad vaid esimeseks mitmest mustandist. “Me pole veel sellisel tasemel, kus saaksime sekventsida aju sama täpselt, kui suudame sekventsida genoomi,” tunnistab Wedeen. “Alles siis, kui suudame eristada elundeid aju sees — paarisadat selgelt eraldiste funktsioonidega hallolluse-piirkonda ning nendevahelisi ühendusi —, saame rääkida aju kaardist, mis on ka tegelikult võrreldav selle oletatava struktuuriga.”

Tõlkinud Mart Kalvet.