Ludzki mózg przez dziesięciolecia był dla naukowców jednym z największych wyzwań. Pierwsze próby jego „mapowania” podejmowano na długo przed pojawieniem się rezonansu magnetycznego – analizując pacjentów, u których urazy, udary czy choroby prowadziły do utraty określonych funkcji. Dziś mózg można badać na wielu poziomach: od dużych struktur i ich wzajemnych połączeń, przez aktywność poszczególnych obszarów, aż po pojedyncze komórki i ekspresję genów.

Jednym z pionierów takiego podejścia był niemiecki neurolog i neuroanatom Korbinian Brodmann. Na początku XX wieku badał korę mózgową pod mikroskopem, zwracając uwagę na różnice w budowie komórkowej poszczególnych jej fragmentów. W 1909 roku opublikował mapę dzielącą korę na 52 pola cytoarchitektoniczne. Tak powstała koncepcja pól Brodmanna, która do dziś jest wykorzystywana w neurobiologii i medycynie. Trzeba jednak pamiętać, że mapa ta opisywała przede wszystkim budowę tkanki, a nie funkcje poszczególnych obszarów.

Wiedza o funkcjonowaniu mózgu przez długi czas opierała się przede wszystkim na obserwacji pacjentów z jego uszkodzeniami. Jeżeli po udarze, urazie czy operacji pojawiały się zaburzenia mowy, pamięci albo zachowania, lekarze mogli porównywać miejsce uszkodzenia z utraconą funkcją. W ten sposób powstawały pierwsze funkcjonalne mapy mózgu. Szczególne znaczenie miały przypadki pozwalające powiązać określone obszary z produkcją i rozumieniem mowy czy procesami pamięciowymi.

Prawdziwy przełom przyniosło obrazowanie. Rozwój rezonansu magnetycznego w latach 70. XX wieku pozwolił uzyskiwać szczegółowe obrazy mózgu żywego człowieka bez konieczności ingerencji chirurgicznej. Kolejnym krokiem był funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), dzięki któremu można obserwować zmiany związane z aktywnością określonych obszarów podczas wykonywania różnych zadań. Badania pokazały jednocześnie, że mózg nie jest prostą planszą, na której każda funkcja ma przypisane jedno miejsce. Za większość złożonych czynności odpowiadają współpracujące ze sobą sieci obszarów.

Dlatego współczesne badania coraz częściej koncentrują się nie tylko na lokalizacji funkcji, ale także na połączeniach między strukturami. Jednym z przykładów jest konektom – mapa połączeń mózgu. W badaniach wykorzystuje się m.in. rezonans dyfuzyjny, który pozwala pośrednio odtwarzać przebieg dużych wiązek włókien nerwowych. Na tej podstawie powstał Human Connectome Project, którego celem było poznanie strukturalnych i funkcjonalnych połączeń ludzkiego mózgu.

Jeszcze większym wyzwaniem jest zejście na poziom pojedynczych komórek. Przykładem jest projekt BigBrain – trójwymiarowy model ludzkiego mózgu zbudowany na podstawie ponad 7400 niezwykle cienkich skrawków jednego mózgu. Pozwala on analizować organizację kory z dokładnością niedostępną w standardowym rezonansie. Z kolei współczesne atlasy, takie jak Julich-Brain, wykorzystują dane pochodzące z wielu mózgów, uwzględniając różnice między poszczególnymi osobami.

Badania prowadzone są także na poziomie molekularnym. Allen Human Brain Atlas pozwolił analizować, gdzie w mózgu aktywne są poszczególne geny. Rozwój technik umożliwiających badanie pojedynczych komórek przyniósł kolejną zmianę skali. W ramach BRAIN Initiative Cell Census Network naukowcy stworzyli szczegółowe mapy komórkowe ludzkiego mózgu, identyfikując tysiące typów komórek różniących się m.in. profilem ekspresji genów.

Mimo ogromnego postępu wciąż nie istnieje jedna, kompletna mapa ludzkiego mózgu. Nie znamy wszystkich typów jego komórek, wszystkich połączeń ani mechanizmów, dzięki którym aktywność miliardów komórek przekłada się na pamięć, emocje, myślenie czy świadomość. Dzisiejsza „mapa mózgu” jest więc raczej wielowarstwowym atlasem, który można nieustannie uzupełniać o nowe informacje dotyczące jego anatomii, funkcji, połączeń i biologii.

Źródło: PAP Zdrowie, „Mapa ludzkiego mózgu”