Вчені давно зрозуміли, що наш мозок поділено на окремі ділянки, кожна з яких призначена для певних функцій. Наприклад, зорова кора обробляє те, що ми бачимо, а моторна кора контролює рух. Однак механізми формування цих областей — і чим відрізняються їхні нейронні будівельні блоки — залишаються загадкою.
Дослідження, опубліковане в Nature, проливає нове світло на клітинний ландшафт мозку. Дослідники з Інституту науки про мозок Аллена використали передовий метод під назвою BARseq, щоб швидко класифікувати та відобразити мільйони нейронів у дев’яти мізках мишей. Вони виявили, що в той час, як ділянки мозку мають однакові типи нейронів, конкретна комбінація цих клітин надає кожній ділянці чіткий «підпис», схожий на ідентифікаційну картку клітини.
Команда далі досліджувала, як сенсорні дані впливають на ці клітинні підписи. Вони виявили, що миші, позбавлені зору, зазнали значної реорганізації типів клітин у зоровій корі, яка стирала відмінності від сусідніх областей. Ці зрушення не обмежувалися зоною зору, а відбувалися в половині кортикальних областей, хоча й меншою мірою.
Дослідження підкреслює ключову роль сенсорного досвіду у формуванні та підтримці унікальної клітинної ідентичності кожного регіону мозку.
«BARseq дозволяє нам побачити з безпрецедентною точністю, як сенсорні дані впливають на розвиток мозку», — сказав Сяоїнь Чен, доктор філософії, співавтор дослідження та помічник дослідника в Інституті Аллена. «Ці широкі зміни ілюструють, наскільки важливий зір у формуванні нашого мозку, навіть на найпростішому рівні».
Новий потужний інструмент для картографування мозку
Раніше збір даних з однієї клітини в декількох мозках був складним завданням, каже Мара Рю, доктор філософії, співавтор і науковець з Інституту Аллена. За її словами, BARseq дешевший і менш трудомісткий, ніж аналогічні технології картування, що дозволяє дослідникам вивчати і порівнювати молекулярну архітектуру всього мозку у різних людей.
BARseq позначає окремі клітини мозку унікальними РНК-“штрих-кодами”, щоб відстежувати їхні зв’язки по всьому мозку. Ці дані в поєднанні з аналізом експресії генів дозволяють вченим точно визначити та ідентифікувати величезну кількість нейронів у зрізах тканин.
У цьому дослідженні вчені використовували BARseq як окремий метод для швидкого аналізу експресії генів у зразках інтактної тканини. Всього за три тижні дослідники картували понад 9 мільйонів клітин з восьми мозків.
Масштаб і швидкість роботи BARseq надає вченим новий потужний інструмент для глибшого проникнення в тонкощі роботи мозку, сказав Чен.
“BARseq дозволяє нам вийти за рамки картографування того, як виглядає “модельний” або “стандартний” мозок, і почати використовувати його як інструмент для розуміння того, як мозок змінюється і варіюється”, – сказав Чен. “З такою пропускною здатністю ми можемо ставити ці питання дуже систематично, що немислимо з іншими методами”.
Чен і Рю підкреслили, що метод BARseq знаходиться у вільному доступі. Вони сподіваються, що їхнє дослідження заохотить інших дослідників використовувати його для вивчення принципів організації мозку або збільшення типів клітин, пов’язаних з хворобами.
“Це не те, що під силу лише великим лабораторіям, – каже Рю. “Наше дослідження є принциповим доказом того, що BARseq дозволяє широкому колу фахівців у цій галузі використовувати просторову транскриптоміку для пошуку відповідей на власні запитання”.