Самый подробный атлас мозга показывает, когда и как возникают такие заболевания, как аутизм или шизофрения.

Результаты с беспрецедентной четкостью показывают, как различные типы появляются клетки мозга и специализируются на самых ранних этапах жизни, а также на генетических факторах и факторах окружающей среды, которые влияют на эти процессы.

Этот атлас, пишут авторы, знаменует собой «до» и «после» в понимании того, как этот орган возникает, организуется и созревает.

«Эта серия статей является еще одним результатом инициативы BRAIN, запущенной президентом Обамой в 2013 году и которая, как ожидается, будет продолжаться до 2030 года», — говорит он. Рафаэль Юстедиректор Центр нейротехнологий Колумбийского университета (Нью-Йорк), президент Фонд НейроРайтс и промоутер проекта BRAIN.

Благодаря технологиям секвенирования отдельных клеток и передовым инструментам пространственного картирования исследователи смогли шаг за шагом проследить, как стволовые клетки трансформируются в нейроны и глию и как они организуются в функциональные сети.

Одно из наиболее поразительных открытий показывает, что клетки мозга развиваются не жесткими стадиями, а перекрывающимися волнами, и что некоторые из этих программ развития могут быть реактивированы во взрослом возрасте или при неврологических заболеваниях.

В этом смысле ученые определили тип клеток-предшественников человека, связанных как с глиобластомаагрессивная форма рака головного мозга, а также критические периоды, в которых концентрируются генетические риски психических расстройств, таких как шизофрения или аутизм.

«Эта коллекция превращает статический портрет типов клеток в динамическую историю развивающегося мозга», — пишет исследователь из Университета Орегона (США). Эмили Сильвестрак в статье News & Views, сопровождающей публикацию.

Лауре Лопес-Маскараке, профессору-исследователю CSIC в Институте Кахаляэто «сборник произведений огромного объема и качества, результат исключительного международного сотрудничества».

На эти карты развития мозга млекопитающих указывает SMC»,предлагают чрезвычайно подробное представление о том, как строится мозг клетка за клеткой, от самых ранних стадий до зрелости.. «Они помогают нам понять критические периоды развития, те временные окна, в которых мозг особенно чувствителен к раздражителям, а также к генетическим или экологическим изменениям».

По его мнению, «понимание того, что происходит на этих ранних стадиях, необходимо для объяснения происхождения многих нарушений нервного развития, от аутизма до шизофрении, и для разработки более точных стратегий профилактики или вмешательства».

Мозговые органоиды

Новые карты мозга позволяют нам точно определить, когда и где возникают некоторые нарушения нервного развития, и предлагают подсказки для улучшения экспериментальных моделей, таких как органоиды мозга, или разработки таргетной терапии.

В одном из исследований команда из Каролинский институт (Швеция) и Йельский университет (США) также разработали инновационную методику под названием пространственная триомикачто позволяет одновременно измерять активность генов, эпигенетические изменения и выработку белка в определенных областях мозга.

Благодаря этой инновационной технологии было показано, что определенные молекулярные программы, активные во время развития, могут быть реактивированы во время воспалительных процессов, что может пролить свет на такие заболевания, как рассеянный склероз.

«Обнаружение того, что воспаление может распространяться на неповрежденные области мозга, дает нам новые подсказки о том, как области мозга взаимодействуют и как распространяются неврологические заболевания»- говорит Ронг Фан, профессор Йельского университета и соавтор исследования.

Атласы, созданные BICAN, включают данные более чем 1,2 миллиона клеток головного мозга, от мышей до людей. Эти ресурсы показывают, что развитие нейронов продолжается даже после рождения, особенно в областях, участвующих в обучении, принятии решений и эмоциях, что позволяет предположить, что мозг сохраняет заметную пластичность в детстве.

«Понимание того, когда и где критические гены активируются во время развития, позволяет нам начать понимать, как их изменения приводят к таким расстройствам, как аутизм или шизофрения», — говорит Хункуй Цзэн, директор отдела наук о мозге в Институте. Аллен и один из главных авторов.

Параллельно исследователи из Университетский колледж Лондона (UCL) представил NextBrain — трехмерный атлас мозга взрослого человека, созданный с помощью искусственного интеллекта. После шести лет работы и анализа более 10 000 срезов ткани головного мозга команде удалось построить самую точную на сегодняшний день анатомическую карту, способную анализировать МРТ за считанные минуты и обнаруживать более 300 областей мозга.

«Уровень анатомической детализации в NextBrain необыкновенен», — говорит Хуан Эухенио Иглесиас, ведущий автор исследования. «Этот ресурс позволит нам выявлять ранние признаки таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, и ускорить исследования старения мозга».

Эти исследования представляют собой качественный скачок в понимании того, как формируется мозг и как его изменения могут привести к неврологическим или психиатрическим заболеваниям. Как сказал Джошуа Гордон, бывший директор Национальный институт психического здоровья США., «эти карты обеспечивают основу, необходимую для более глубокого понимания развития мозга в здоровом состоянии и при заболеваниях».

Юсте добавляет, что этот атлас развивающихся типов клеток необходим не только для научного понимания того, как развивается мозг, что является совершенно захватывающим, если принять во внимание, что он собирается сам по себе и самоорганизуется без внешних инструкций, но и представляет собой фундаментальная информация для понимания изменений и патологий которые возникают во время беременности и на ранних этапах жизни.

«Эти результаты демонстрируют, насколько устойчивые инвестиции в разработку и применение новых методов имеют фундаментальное значение для науки и медицины», — заключает Юсте.