3-D atlas over sykdomsmodeller: Hvorfor er enkelte hjerneregioner sårbare?

Strukturelle endringer opptrer i ulike hjerneregioner under aldring og nevrodegenerativ sykdom. I flere spennende prosjekter utvikler og anvender vi nye nevroinformatiske metoder for å integrere og analysere bildedata fra mus- og rottemodeller.

Bakgrunn

Med en økende andel eldre i befolkningen utgjør sykdommer som rammer hjernen en betydelig sosial og økonomisk belastning for samfunnet. Til tross for intensiv forskningsinnsats gjennom de siste hundre år har vi begrenset forståelse av hjernens normale struktur og funksjon og mangler effektive behandlingsmetoder mot hjernesykdom. Dette er en av vår tids store utfordringer innen medisinsk forskning.

Hjernen er den mest kompliserte strukturen vi kjenner og et stort spenn av metoder benyttes for å studere hjernens struktur og funksjon på ulike nivåer, fra molekyler og gener, celler og synapser, til systemer og adferd. Med tiltakende effektive metoder for å samle inn store mengder nevrovitenskapelige data trenger vi nye metoder for å organisere og analysere data for å skape ny kunnskap og forståelse. The Human Brain Projecter et stort EU Future Emerging Technologies Flagship prosjekt der et stort antall forskningsgrupper i Europa samarbeider for å etablere nye metoder og infrastruktur for å akkumulere og integrere store mengder data fra grunnforskning på dyremodeller og klinisk forskning, som så bygges inn datamodeller av hjernens systemer og funksjoner, og utnyttes til å utvikle ny teknologi og til å finne nye behandlingsmetoder.

Presis kunnskap om hvor i hjernen ulike observasjoner og måleresultater kommer fra er avgjørende for tolkning og sammenligning av eksperimentelle data. Forskningsgruppen Nevrale Systemer ved Institutt for medisinske basalfag har gjennom flere tiår utviklet tredimensjonale referanseatlas og metoder for å registrere store mengder ulike data fra rotte og musehjerner til samme rom slik at de kan sammenlignes og integreres (Bjerke et al., Eur Psychiatry 50:70-76, 2018). Ved å koble data til romlige koordinater og ulike data som beskriver eksperimentelle parametere (såkalte metadata) sammen i store databasesystemer, skapes nye muligheter til å sammenstille og analysere ulike kombinasjoner av data. Slik kan data gjøres Findable, Accessible, Interoperable & Reuseable (FAIR; Wilkinson et al., Sci Data, 3:160018, 2016) slik at forskere får helt nye muligheter til å dele, finne og utnytte tilgjengelige data.

Forskningsgruppen har flere pågående prosjekter som bidrar til å utvikle, validere og teste nye metoder og til å applisere disse metodene til å adressere problemstillinger knyttet til kartlegging av hjernens strukturelle endringer under aldring og faktorer som bidrar til at enkelte hjerneregioner er sårbare for utvikling av nevrodegenerativ sykdom. Felles for prosjektene er at store mengder bildedata organiseres i multimodale 3-D hjerneatlas, deles gjennom nevroinformatikkplattformen til The Human Brain Project, og analyseres i kombinasjon med andre tilgjengelige data.  Prosjektene har fokus på kartlegging av cellulære parametre og nevrale nettverk i normale rotter og mus av ulik alder, eller identifikasjon av molekylære eller cellulære faktorer som er knyttet til tidlige nevropatologiske endringer i hjernen hos transgene modeller for Alzheimer’s eller Huntington’s sykdom.

Problemstillinger

Prosjektet vil bidra til pågående studier av hjernens aldring og risikofaktorer for utvikling av hjernesykdom i dyremodeller, med fokus på følgende spørsmål:  

  • Hvilke cellulære faktorer gir økt sårbarhet for nevrodegenerativ sykdom?
  • Hvilke av hjernens nervenettverk er knyttet til tidlig utvikling av demens?
  • Hvor i hjernen opptrer de tidligste endringene ved ulike nevrodegenerative sykdommer?

Mål og metode

Flere forskerlinjeprosjekter er mulige og endelig valg av problemstilling og tilnærming avhenger av studentens interesse, tidspunkt og muligheter tilknyttet pågående prosjekter ved forskningsgruppen. Prosjektene vil være velfokuserte studier av normal anatomi eller nevropatologiske manifestasjoner i dyremodeller, som både er realistiske å gjennomføre og gir studenten erfaringer med et bredt spenn av forskningsmetoder (se oversikt over arbeidsoppgaver, nedenfor).

Studentens arbeidsoppgaver

Forskerlinjeprosjekter skreddersys etter interesse og pågående prosjekter i forskergruppen og vil omfatte elementer av følgende oppgaver:

  • Litteraturstudier
  • Laboratoriearbeid, med fokus på histologi, immunhistokjemi, mikroskopi
  • Organisering av data og metadata i infrastrukturen til The Human Brain Project
  • Bruk av nevroinformatiske verktøy til å registrere bildedata i tre-dimensjonale referanse atlas
  • Utvikling av anatomiske referanseatlas gjennom tolkning av høyoppløselige MRI bilder og histologisk materiale
  • Kvantitative analyser av histologisk materiale og bilder
  • Visualisering av data og resultater i interaktive verktøy og figurer
  • Rapportering av resultater i vitenskapelige rapporter

Om forskningsmiljøet

Forskningsgruppen Nevrale systemer ved Institutt for medisinske basalfag ledes av Trygve B. Leergaard og Jan G. Bjaalie, og består av flere ph.d og forskerlinjestudenter, forskere, laboratorieingeniører, programmerere og systemutviklere som samarbeider om å utvikle nye metoder og applisere disse på studier av hjernens normale struktur og endringer ved sykdom i ulike dyremodeller. Vi utvikler nye tre-dimensjonale digitale atlas, automatiserte analysemetoder, visualiseringsverktøy og databasesystemer for web-basert deling og analyse av data, og er en ledende partner i prosjektet som utvikler nevroinformatikkplatformen til The Human Brain Project. Vi har et stort nettverk av nasjonale og internasjonale samarbeidspartnere og et entusiastisk miljø med unge forskere, som er med på å skape fremtidens arena for hjerneforskning. Interesserte forskerlinjestudenter vil få muligheten til å være med på prosjekter som inkluderer elementer av nevroanatomi, nevropatologi, nevroinformatikk og systemutvikling, der de kan stifte bekjentskap med både klassiske og moderne nevrovitenskapelige metoder, avansert teknologi og spennende biologiske problemstillinger.

Emneord: Laboratorieprosjekt, Translasjonsforskning, Aldring og helse, Bildediagnostikk og intervensjon, Forskningsmetoder og ‑etikk, Hjerne og nervesystem, sykdommer, helseinformatikk
Publisert 10. sep. 2018 10:50 - Sist endret 7. okt. 2022 16:15