Объединение из тринадцати лабораторий проекта BRAIN Initiative — Cell Census Network представило атлас нейронов первичной моторной коры млекопитающих, который основан на анатомических, транскриптомных, эпигенетических и электрофизиологических данных о клетках. Данные получены для мозга человека, мармозетки и мыши.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Мозг состоит из десятков миллиардов нейронов, которые сообщаются друг с другом сотнями триллионов синапсов. Вместе с другими клетками мозга нейроны формируют сети, лежащие в основе мышления и поведения. Чтобы подробно изучать эти процессы нужно описать и классифицировать нейроны сети. На протяжении последних десятилетий для этого нейроны делили на типы — согласно простым морфологическим и электрофизиологическим маркерам. Однако сейчас становится ясно, что такое разделение часто не отражает реальной картины сложности и неоднородности нейронных сетей.

С развитием новых методов биологи могут собирать все больше разнообразных данных об отдельных нейронах — секвенирование ДНК и РНК, эпигенетические данные, пространственная структура генома, картирование, электрические свойства. Сбор таких данных об участках мозга поможет точно описать нейроны, их взаимодействия и связь с когнитивными процессами.

Исследователи проекта BRAIN Initiative — Cell Census Network (BICCNhttps://www.biccn.org/), состоящего из тринадцати лабораторий по всему миру, собрали такие данные для нейронов первичной моторной коры — участка, в котором происходит контроль движений и двигательное обучение. Ученые исследовали клетки трех млекопитающих: мыши, мармозетки и человека.

Чтобы заново классифицировать нейроны, ученые объединили данные по секвенированию РНК отдельных клеток и отдельных ядер, метилированию ДНК и исследованию доступного хроматина. Все три типа данных описывают активность генов на разных уровнях. По этим параметрам удалось выявить 45 общих для трех животных типов клеток: 24 ГАМК-эргических, 13 глутамат-эргических и восемь ненейронных.

При этом профили активности генов больше коррелировали между нейронами человека и обезьяны, чем человека и мыши — что согласуется со степенью эволюционного родства.

Затем из полученных данных биологи создали пространственную карту нейронов мозга мыши. Для этого использовали технологию MERFISH — метод визуализации отдельных клеток по молекулам РНК. Этот подход позволил выделить 95 кластеров клеток, все из которых хорошо согласовывались с данными по активности генов.

Пространственное распределение кластеров клеток мозга мыши согласно данным MERFISH / Callaway et. al. / Nature, 2021

Биологи получили пространственные характеристики MERFISH и другие данные для нейронов человека и мармозетки (например, об электрической активности и связях с другими клетками). Их и использовали для построения якорной модели атласа мозга млекопитающих — а в качестве якоря использовали данные мыши.