Ученые представили самый большой и подробный «атлас» человеческого мозга, когда-либо созданный. В нем подробно описано расположение и внутренняя работа 3300 типов клеток мозга, лишь часть из которых ранее была известна науке. Исследование было опубликовано в виде 21 новой статьи в трех журналах: Science, Science Advances и Science Translational Medicine.
«Это не просто атлас», — рассказал Эд Лейн, нейробиолог из Института исследований мозга Аллена и ведущий автор пяти статей. «Это действительно открывает совершенно новую область, где теперь вы можете с чрезвычайно высоким клеточным разрешением заглянуть в мозг видов, где это обычно было невозможно в прошлом».
Исследование проводилось в рамках проекта Национальных институтов здравоохранения, известного как Сеть переписи клеток Инициативы по исследованию мозга посредством развития инновационных нейротехнологий (BRAIN) или BICCN. Масштабный проект, запущенный в 2017 году, направлен на каталогизацию клеток, обнаруженных в мозге мышей, людей и приматов, таких как обезьяны.
Эти клетки включают в себя нейроны, клетки мозга, которые передают друг другу химические и электрические сообщения, и примерно такое же количество ненейрональных клеток. Эти ненейрональные клетки включают глию — класс клеток головного мозга, которые обеспечивают структурную поддержку, питательные вещества и изоляцию нейронов, а также регулируют то, как они посылают сигналы. Мозг взрослого человека содержит примерно 86 миллиардов нейронов , плюс-минус около 8 миллиардов, и еще около 84 миллиардов ненейрональных клеток.
В атласе человеческого мозга BICCN использованы передовые методы, которые ранее в основном применялись на животных.
Ученые использовали транскриптомику, которая включает в себя каталогизацию всех РНК в отдельных клетках; РНК — это генетическая молекула, которая содержит инструкции по построению белков и выполняет другие важные функции. Они также использовали эпигеномику, которая включает в себя изучение химических меток, расположенных поверх ДНК и контролирующих использование генов. Отдельные исследования, включенные в BICCN, включали данные от сотен тысяч до миллионов клеток головного мозга.
Объединив эти методы, исследователи создали карты мозга развивающегося и взрослого человека в масштабе одной клетки, а также мозга приматов, называемых мартышками и макаками. Некоторые исследования также изучали мозг шимпанзе и горилл.
Это позволило провести прямое сравнение мозга человека и нечеловеческих приматов и показало, что множество типов клеток, обнаруженных в нашем мозге, также встречаются у шимпанзе и горилл. Но хотя у нас одинаковые типы клеток, генная активность этих клеток у людей и обезьян заметно различается, и это меняет то, как эти клетки работают вместе.
«На самом деле именно связи — то, как эти клетки разговаривают друг с другом — отличают нас от шимпанзе», — рассказал Times Трюгве Баккен, нейробиолог из Института Аллена, который работал над исследованиями на приматах.
Несмотря на беспрецедентную детализацию, атлас человеческого мозга представляет собой первый набросок. В будущем ученые хотят расшифровать функцию недавно открытых клеток мозга, многие из которых лежат глубоко в мозге, в таких структурах, как ствол мозга. Они также хотят понять, как активность генов разных клеток способствует развитию неврологических заболеваний.
«Если мы хотим понять, что делает нас людьми, и механизмы, ответственные за развитие неврологических расстройств, нам сначала необходимо иметь глубокие знания о человеческом мозге на уровне клеточном уровне, и именно этому посвящен этот сборник статей BICCN», — говорится в одной из статей.
