Учёные из Алленовского института наук о мозге (Allen Institute for Brain Science) составили подробную карту сети из 71 миллиона нейронов головного мозга млекопитающего (Allen Mouse Brain Connectivity Atlas). За основу был взят мозг мыши, так как он во многом биологически эквивалентен человеческому.

Работа, описанная в пресс-релизе института, является частью инициативы BRAIN, стартовавшей почти год назад при поддержке правительства США.

Десятилетняя миссия направлена, помимо всего прочего, на развитие новых технологий для изучения электрической активности мозга в действии. Однако, прежде чем начать данную работу, необходимо было создать основную «карту маршрута» − атлас соединений, так называемый коннектом.

На сегодняшний день у учёных есть только один полный коннектом, проработанный до уровня отдельных нейронов. Это коннектом круглого червя, очень простого с точки зрения науки организма.

Коннектомы, которые составлялись для других животных (в том числе и для человека), были гораздо менее полными и информативными. Они показывали лишь связь между регионами мозга, а не его отдельными клетками. (Впрочем, были и более «тонкие» исследования.)

Коннектом мыши − нечто среднее. Вместо того чтобы отображать каждый нейрон, он отслеживает связь между крошечными участками мозговой ткани, содержащими от 100 до 500 нейронов.

Хункуй Цзэн (Hongkui Zeng) и её коллеги вводили вирус, содержащий ген флуоресцентного белка зелёного цвета (GFP), в нейронную сеть мозга 469 живых мышей.

«Белок путешествует путём диффузии через клетки подобно тому, как электрические сигналы проходят через мозг», – объясняет Цзэн. Каждому из животных вирусом инфицировали разные участки мозга, после чего учёные получали изображение нейронной сети.

Рис. 1. Нейроны головного мозга мыши (иллюстрация Allen Institute for Brain Science).

Затем команда разделила каждый мозг на 500 тысяч маленьких кубических участков, каждый размеров в 100 кубических микрометров. Основываясь на данных о плотности флуоресцентного вещества в кубах, они сгенерировали 3D-карту, на которой было показано, как каждый из 469 различных сигналов распространялся через главные и вспомогательные области мозга.

Результатом стала подробная карта всей нейронной сети мозга мыши.

Неврологи считают, что заболевания, подобные шизофрении и аутизму, развиваются из-за проблем в нейронных связях. По сути, практически все клинические заболевания мозга связаны с подобными нарушениями.

Но карты, которые были составлены для человеческого мозга, дают лишь некоторые подсказки об истоках подобных недугов. Благодаря же более подробным атласам, вроде того, что был составлен в ходе данного исследования, можно будет точно определить первопричины заболеваний и тем самым установить более чёткие цели для терапии.

По словам Цзэн,

мыши тоже страдают от многих неврологических заболеваний, и учёные уже знают, как лечить мозг пострадавших животных. В ближайшем будущем планируется разработать коннектомы страдающих аутизмом грызунов, чтобы затем сравнить их с нынешней картой здорового мозга и выявить разницу.

Добавим, что параллельно ведётся работа над «расшифровкой» работы головного мозга человека.

Научная статья группы Цзэн была опубликована в журнале Nature Neuroscience.