Grupa międzynarodowych naukowców sporządziła mapę genetycznej, komórkowej i strukturalnej struktury mózgu człowieka i mózgu naczelnych. To zrozumienie struktury mózgu, osiągnięte dzięki finansowaniu w ramach inicjatywy National Institutes of Health Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies® Initiative lub The BRAIN Initiative®, pozwala na głębszą wiedzę na temat komórkowych podstaw funkcjonowania i dysfunkcji mózgu, pomagając utorować drogę do nowa generacja precyzyjnych terapii dla osób z zaburzeniami psychicznymi i innymi zaburzeniami mózgu. Wyniki pojawiają się w kompendium obejmującym 24 artykuły z czasopism Science, Science Advances i Science Translational Medicine.
„Mapowanie krajobrazu komórkowego mózgu to kluczowy krok w kierunku zrozumienia, jak ten ważny organ działa w zdrowiu i chorobie” – powiedział dr Joshua A. Gordon, dyrektor Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego. „Te nowe szczegółowe atlasy komórek mózgu ludzkiego i mózgu naczelnych innych niż człowiek stanowią podstawę do projektowania nowych terapii, które mogą być ukierunkowane na określone komórki i obwody mózgowe zaangażowane w zaburzenia mózgu”.
24 artykuły zawarte w najnowszym zbiorze sieci spisu ludności BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) szczegółowo opisują wyjątkowo złożoną różnorodność komórek w mózgu człowieka i mózgu naczelnych innych niż człowiek. Badania identyfikują podobieństwa i różnice w organizacji komórek i regulacji genów w mózgu człowieka i mózgu naczelnych innych niż człowiek. Na przykład:
Trzy artykuły w zbiorze przedstawiają pierwszy atlas komórek w mózgu dorosłego człowieka, mapujący krajobraz transkrypcyjny i epigenomiczny mózgu. Transkryptom to kompletny zestaw odczytów genów w komórce, który zawiera instrukcje dotyczące wytwarzania białek i innych produktów komórkowych. Epigenom odnosi się do chemicznych modyfikacji DNA i chromosomów komórki, które zmieniają sposób wyrażania informacji genetycznej komórki. W innym artykule porównanie właściwości komórkowych i molekularnych mózgu ludzkiego i kilku mózgów naczelnych innych niż człowiek (mózgi szympansów, goryli, makaków i marmozet) ujawniło wyraźne podobieństwa w typach, proporcjach i przestrzennej organizacji komórek w korze mózgowej ludzi i naczelnych innych niż ludzie. Badanie ekspresji genetycznej komórek kory mózgowej u różnych gatunków sugeruje, że stosunkowo niewielkie zmiany w ekspresji genów w linii ludzkiej doprowadziły do zmian w okablowaniu neuronowym i funkcjach synaptycznych, co prawdopodobnie umożliwiło większą plastyczność mózgu u ludzi, wspierając zdolność ludzkiego mózgu do adaptacji, uczenia się i zmienić. Badanie mające na celu zbadanie różnic komórek w różnych obszarach mózgu marmozet wykazało związek między właściwościami komórek w mózgu dorosłego człowieka a właściwościami tych komórek podczas rozwoju. Powiązanie sugeruje, że programowanie rozwojowe jest zakorzenione w komórkach w momencie ich formowania się i utrzymywania w wieku dorosłym oraz że niektóre obserwowalne właściwości komórkowe u osoby dorosłej mogą mieć swoje korzenie na bardzo wczesnym etapie życia. Odkrycie to może prowadzić do nowego spojrzenia na rozwój i funkcjonowanie mózgu w ciągu życia. Badanie anatomii i fizjologii neuronów w najbardziej zewnętrznej warstwie kory nowej – części mózgu zaangażowanej w funkcje wyższego rzędu, takie jak funkcje poznawcze, polecenia motoryczne i język – ujawniło różnice w mózgu człowieka i mózgu myszy, które sugerują, że ten region może być ewolucyjnym gorącym punktem, w którym zmiany u ludzi odzwierciedlają wyższe wymagania w zakresie regulacji bardziej złożonych obwodów mózgowych człowieka.
Podstawowym celem BICCN, przełomowego wysiłku mającego na celu zrozumienie budowy komórek mózgu, jest opracowanie kompleksowego spisu komórek w mózgu – gdzie się znajdują, jak się rozwijają, jak współpracują i jak regulują swoją aktywność – aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób zaburzenia mózgu rozwijają się, postępują i jak najlepiej je leczyć.
„Ten zestaw badań stanowi przełomowe osiągnięcie w rzucaniu światła na złożoność ludzkiego mózgu na poziomie komórkowym” – powiedział dr John Ngai, dyrektor inicjatywy NIH BRAIN. „Współpraca naukowa nawiązana w ramach BICCN popycha tę dziedzinę do przodu w wykładniczym tempie; postęp – i możliwości – po prostu zapierają dech w piersiach”.
Spis typów komórek mózgowych w mózgu człowieka i mózgu naczelnych innych niż człowiek przedstawiony w tym zbiorze artykułów stanowi kluczowy krok w kierunku opracowania przyszłych metod leczenia mózgu. Odkrycia przygotowały także grunt pod sieć atlasów komórek BRAIN Initiative, transformacyjny projekt, który wraz z dwoma innymi projektami na dużą skalę – BRAIN Initiative Connectivity Across Scales i Armamentarium for Precision Brain Cell Access – ma na celu zrewolucjonizowanie badań w dziedzinie neuronauki naświetlając podstawowe zasady rządzące podstawą zachowania obwodów i informując o nowych podejściach do leczenia zaburzeń ludzkiego mózgu.
Specjalne wydanie czasopisma „Science” dotyczące spisu komórek mózgowych: https://www.science.org/toc/science/382/6667