Одразу дві карти пояснюють функціонування нашого мозку: одна є першим розширеним атласом сполучень в мозку ссавців; інша вперше кидає світло на роботу генів у мозку ненароджених дітей. Обидві допомають краще зрозуміти функції органу мислення. Зокрема, вони доводять, що аутизм розвивається ще в утробі матері, – розповідають учені в журналі «Nature».
Мапа, яка ілюструє нейтронні сполучення у головному мозку миші, - т. зв. конектом.
Мозок людини – одна з найскладніших структур природи: тут пов'язані між собою близько 100 мільярдів нейронів – стільки, скільки зірок у Чумацькому Шляху. Через їх взаємодію одне з одним і навколишнім середовищем виникають відчуття, свідомість і думки. Впродовж останніх років все більше наголошують, що не тільки клітини мозку поодинці є функціональними об'єктами, а й їхні сполучення – коннектом.
«Зрозуміти, як мозок поєднує елементи, – один з найважливіших кроків до того, щоб пояснити його механізми переробки інформації», – каже керівник дослідження Гонґкуй Цзен з Інституту наук про мозок імені Аллена в Сіетлі. Досі повну карту нейронних кабелів склали лише для одного організму, – круглого черв’яка Caenorhabditis elegans. Однак його мозок надзвичайно простий – він складається лише з 320 нейронів. Про хоча б якісь аналогії з роботою людського мозку у даному випадку, очевидно, не йдеться.
Цзен і його колеги вперше відобразили всі сполучення в головному органі нервової системи ссавців. Для цієї мети вони обрали мозок миші, в якому принаймні 75 млн. нейронів, і він відносно подібний за структурою і функціональністю до людського. Завдяки кропіткій роботі дослідники створили томографію з високою роздільною здатністю з 1 700 мізок мишей, які об'єднали в одну тривимірну модель – 3D атлас нейронних зв'язків. Allen Mouse Brain Connectivity Atlas містить більше, ніж 1,8 петабайт даних – якби вони були в вигляді HD-відео, то на їх відтворння знадобилося би 23,9 років!
«Досі дослідження мозку посилалися лише на неповні, фрагментарні записи – невеликі ділянки карт різних масштабів, – сказав Ед Каловей з Інституту біологічних досліджень імені Солка. – Тепер у нас є доступ до загальних та узгоджених даних про орган в цілому».
Про завершення карти найближчим часом не йдеться, – відзначають учені. «Атлас – дорожня карта шосе і зв’єднаних ними найбільших міст», – пояснює співавтор дослідження Девід Андерсон з Каліфорнійського технологічного інституту. Наступний етап – відтворити маленькі дороги та перехрестя автомагістралей, а згодом – і найменші сполучення.
Друга карта демонструє генну активність в головному мозку людини до народження – на серединному терміні вагітності. Вона показує вирішальну стадію розвитку органу мислення. Адже в цьому віці формуються ті структури, які визначають наші думки та відчуття впродовж цілого життя. Порушення розвитку, наприклад аутизм, швидше за все, виникають саме в цей період.
Дослідницька група на чолі з Едом Лейном з Інституту наук про мозок імені Аллена для картування використала зразки тканин мозку 4 плодів, які внаслідок викиднів померли на 15-му, 16-му і 21-ому тижнях вагітності. Після відображення анатомічних особливостей, дослідники ізолювали РНК із 300 зразків, щоб через них визначити активність низки генів.
«Знаючи, де в мозку активний ген, можемо робити висновки про його роль», – розповідає Лейн. Новий Атлас створив шаблон такої активності генів плода, яка необхідна для його здорового розумового розвитку. Він допомагає дізнатися, що відбувається неправильно внаслідок неврологічних розладів вже на цьому етапі. Ґрунтуючись на нових даних, дослідники помітили, що при аутизмі вже в період ембріонального розвитку активність генів в одному районі помітно зростає. Ця область потім відповідає за певні аспекти соціальної поведінки – вона особливо пошкоджена в аутистів.
11.04.2014