Международная группа ученых нанесла на карту человеческий мозг в гораздо более высоком разрешении, чем когда-либо прежде. Атлас мозга, проект стоимостью 375 миллионов долларов, начатый в 2017 году, выявил более 3300 типов клеток головного мозга, что на порядок больше, чем сообщалось ранее. Исследователи имеют лишь смутное представление о том, что делают недавно открытые клетки.
Результаты были описаны в 21 статье, опубликованной в четверг в журнале Science и ряде других журналов.
Эд Лейн, нейробиолог из Института наук о мозге Аллена в Сиэтле, который руководил пятью исследованиями, сказал, что результаты стали возможными благодаря новым технологиям, которые позволили исследователям исследовать миллионы клеток человеческого мозга, собранных из биопсии тканей или трупов.
Тем не менее, доктор Лейн сказал, что атлас — это всего лишь первый набросок. Он и его коллеги взяли лишь небольшую часть из 170 миллиардов клеток, составляющих, по оценкам, человеческий мозг, и будущие исследования, безусловно, откроют больше типов клеток, сказал он.
Биологи впервые заметили в 1800-х годах, что мозг состоит из разных типов клеток. В 1830-х годах чешский учёный Ян Пуркинье обнаружил, что некоторые клетки мозга имеют удивительно плотные разветвления. Клетки Пуркинье , как их теперь называют, необходимы для точной настройки наших мышечных движений.
Последующие поколения разработали методы, позволяющие увидеть другие типы клеток под микроскопом. Например, в сетчатке исследователи обнаружили цилиндрические «конусные клетки», улавливающие свет. К началу 2000-х годов исследователи обнаружили более 60 типов нейронов только в сетчатке. Им пришлось задаться вопросом, сколько типов клеток скрывается в более глубоких уголках мозга, которые гораздо труднее изучать.
При финансовой поддержке Национального института здравоохранения доктор Лейн и его коллеги решили составить карту мозга, исследуя, как клетки мозга активируют различные гены. В мозге активны по меньшей мере 16 000 генов, и в разных типах клеток они включаются в разных комбинациях.
Исследователи собрали ткани мозга из нескольких источников, включая людей, которые недавно умерли, и тех, кто перенес операцию на головном мозге. Изучая свежую ткань мозга, ученые прикрепляли стеклянные трубки к поверхности отдельных клеток, чтобы подслушивать их электрическую активность, вводили краситель, чтобы разглядеть их структуру, и, наконец, высасывали ядра из клеток, чтобы изучить их более внимательно.
Вместо того, чтобы выполнять эти процедуры вручную, исследователи разработали роботов, которые будут эффективно работать с образцами. По оценкам доктора Лейна, на данный момент роботы проинспектировали более 10 миллионов клеток человеческого мозга.
Некоторые из недавно идентифицированных клеток были обнаружены в слоях коры головного мозга на внешней поверхности мозга. Эта область необходима для выполнения сложных умственных задач, таких как использование речи и построение планов на будущее.
Но новые исследования показывают, что большая часть разнообразия мозга находится за пределами коры головного мозга. Огромное количество типов клеток, обнаруженных в ходе проекта, лежат в более глубоких областях мозга, таких как ствол мозга, ведущий к спинному мозгу.
Исследователи обнаружили множество новых типов нейронов — клеток, которые используют электрические сигналы и химические вещества для обработки информации. Но нейроны составляют лишь около половины клеток мозга. Другая половина гораздо более загадочна.
Астроциты, например, питают нейроны, чтобы они могли продолжать работать должным образом. Микроглия выполняет роль иммунных клеток, атакуя чужеродных захватчиков и отсекая некоторые ветви нейронов, чтобы улучшить передачу сигналов. Исследователи также обнаружили много новых типов этих клеток.
Исследователи использовали некоторые из тех же методов для изучения мозга шимпанзе и других видов. Сравнивая результаты среди видов, исследователи выяснили, как человеческий мозг эволюционировал и отличался от мозгов других приматов.
Предыдущие исследования предположили, что человеческий мозг может отличаться от других, отчасти благодаря тому, что в нем появились новые виды клеток. Но исследователи были удивлены, обнаружив, что все типы клеток в человеческом мозге совпадают с таковыми у шимпанзе и горилл, наших ближайших ныне живущих родственников.
Внутри этих клеток исследователи обнаружили несколько сотен генов, которые стали более или менее активными у людей, чем у других обезьян. Многие из этих генов близки к генетическим переключателям, которые включают или выключают гены.
