Крупнейший на сегодняшний день атлас клеток головного мозга человека раскрывает беспрецедентные подробности

В пакете из 21 исследования, опубликованного Наука, Достижения науки, и Научная трансляционная медицинаИсследователи представляют атлас мозга человека и приматов на клеточном уровне в беспрецедентных подробностях. Коллективные усилия исследователей охарактеризовали более 3000 типов клеток головного мозга человека, выявив особенности, которые отличают человека от других приматов. Понимание человеческого мозга с таким разрешением не только поможет определить, какие типы клеток больше всего подвержены конкретным мутациям и приводят к неврологическим заболеваниям, но также предложит новое понимание того, кем мы являемся как вид.

В статьях подробно описывается исключительно сложное разнообразие клеток в человеческом мозге и мозге приматов. Исследования выявляют сходства и различия в том, как организованы клетки и как гены регулируются в мозге человека и мозге приматов.

Новая работа является частью инициативы Национального института здравоохранения по исследованию мозга посредством развития инициативы инновационных нейротехнологий (Инициатива BRAIN) — инициативы, начатой ​​в 2014 году. Исследования в этом пакете являются частью Сети переписи клеток Инициативы BRAIN Национального института здравоохранения (BICCN). ), программа, запущенная в 2017 году. Это первое исследование, в котором методы определения подтипов клеток головного мозга, первоначально разработанные и примененные на мышах, были применены к человеческому мозгу.

Три статьи в сборнике представляют первый атлас клеток мозга взрослого человека, отображающий транскрипционный и эпигеномный ландшафт мозга.

В другой статье сравнение клеточных и молекулярных свойств мозга человека и мозга нескольких нечеловеческих приматов (мозга шимпанзе, гориллы, макаки и мартышки) выявило явное сходство в типах, пропорциях и пространственной организации клеток коры головного мозга. человека и нечеловекообразных приматов. Изучение генетической экспрессии корковых клеток у разных видов показывает, что относительно небольшие изменения в экспрессии генов у человека привели к изменениям в нейронных связях и синаптических функциях, что, вероятно, привело к большей пластичности мозга у людей, поддерживая способность человеческого мозга адаптироваться, учиться. , и изменить.

Исследование, посвященное тому, как клетки изменяются в разных областях мозга мартышек, обнаружило связь между свойствами клеток во взрослом мозге и свойствами этих клеток во время развития. Эта связь предполагает, что программы развития заложены в клетках, когда они формируются и сохраняются в зрелом возрасте, и что некоторые наблюдаемые клеточные свойства у взрослого человека могут возникать очень рано в жизни.

Исследование анатомии и физиологии нейронов в самом внешнем слое неокортекса — части мозга, участвующей в функциях более высокого порядка, таких как познание, двигательные команды и речь, — выявило различия в человеческом мозге и мозге мыши, которые позволяют предположить это. Этот регион может быть эволюционной горячей точкой, где изменения в организме человека отражают более высокие требования к регулированию более сложных цепей человеческого мозга.

Другая работа продвигает исследования, начатые в 2020 году командой из Солка, которая профилировала 161 тип клеток в мозге мышей на основе закономерностей метилирования. В новой статье исследователи использовали те же инструменты для определения закономерностей метилирования ДНК в более чем 500 000 клетках мозга из 46 областей мозга трех здоровых взрослых мужчин-доноров органов. В то время как мозг мышей практически одинаков у разных животных и содержит около 80 миллионов нейронов, человеческий мозг различается гораздо больше и содержит около 80 миллиардов нейронов.

«Это действительно начало новой эры в науке о мозге, когда мы сможем лучше понять, как мозг развивается, стареет и подвергается влиянию болезней», — сказал Джозеф Экер, доктор философии, директор Лаборатории геномного анализа Солка и профессор Говарда. Исследователь Медицинского института Хьюза.

Среди восьми бумаг в пакете от Достижения наукиИсследования показывают, как быстродействующие интернейроны у людей поддерживают быстрые частоты синхронизации, несмотря на большие расстояния между нейронами, чем у их коллег на крысах.

Другое исследование сосредоточено на воспалении в раннем возрасте — клинически установленном факторе риска некоторых неврологических расстройств. Влияние воспаления на развитие мозга человека недостаточно изучено. Сосредоточив внимание на мозжечке, области мозга, особенно уязвимой к послеродовым нарушениям, анализ команды показывает, что воспаление связано с изменениями в первую очередь в двух подтипах тормозных нейронов: нейронах Пуркинье и нейронах Гольджи.

«Этот набор исследований представляет собой знаковое достижение в освещении сложности человеческого мозга на клеточном уровне», — сказал Джон Нгай, доктор философии, директор NIH BRAIN Initiative. «Научное сотрудничество, налаженное через BICCN, продвигает эту область вперед в геометрической прогрессии; прогресс – и возможности – просто захватывают дух».