Об'єднання з тринадцяти лабораторій проекту BRAIN Initiative - Cell Census Network представило атлас нейронів первинної моторної кори ссавців, який заснований на анатомічних, транскриптомних, епігенетичних і електрофізіологічних даних про клітини. Дані отримані для мозку людини, мармозетки і миші. Дослідження опубліковано в журналі.
Мозок складається з десятків мільярдів нейронів, які повідомляються один з одним сотнями трильйонів синапсів. Разом з іншими клітинами мозку нейрони формують мережі, що лежать в основі мислення і поведінки. Щоб детально вивчати ці процеси потрібно описати і класифікувати нейрони мережі. Протягом останніх десятиліть для цього нейрони ділили на типи - згідно з простими морфологічними та електрофізіологічними маркерами. Однак зараз стає ясно, що такий поділ часто не відображає реальної картини складності і неоднорідності нейронних мереж.
З розвитком нових методів біологи можуть збирати все більше різноманітних даних про окремі нейрони - секвенування ДНК і РНК, епігенетичні дані, просторова структура геному, картування, електричні властивості. Збір таких даних про ділянки мозку допоможе точно описати нейрони, їх взаємодії і зв'язок з когнітивними процесами.
Дослідники проекту BRAIN Initiative - Cell Census Network (BICCN), що складається з тринадцяти лабораторій по всьому світу, зібрали такі дані для нейронів первинної моторної кори - ділянки, в якій відбувається контроль рухів і рухове навчання. Вчені досліджували клітини трьох ссавців: миші, мармозетки і людини.
Щоб заново класифікувати нейрони, вчені об'єднали дані з секвенування РНК окремих клітин і окремих ядер, метилування ДНК і дослідження доступного хроматину. Всі три типи даних описують активність генів на різних рівнях. За цими параметрами вдалося виявити 45 загальних для трьох тварин типів клітин: 24 ГАМК-ергічних, 13 глутамат-ергічних і вісім ненейронних. При цьому профілі активності генів більше корелювали між нейронами людини і мавпи, ніж людини і миші - що узгоджується зі ступенем еволюційного споріднення.
Потім з отриманих даних біологи створили просторову карту нейронів мозку миші. Для цього використовували технологію MERFISH - метод візуалізації окремих клітин за молекулами РНК. Цей підхід дозволив виділити 95 кластерів клітин, всі з яких добре узгоджувалися з даними щодо активності генів.
Біологи отримали просторові характеристики MERFISH та інші дані для нейронів людини і мармозетки (наприклад, про електричну активність і зв'язки з іншими клітинами). Їх і використовували для побудови якірної моделі атласу мозку ссавців - а як якір використовували дані миші.
Біологи будують карти мозку не тільки на рівні окремих клітин, а й досліджують уявлення в ньому зовнішніх стимулів. Так, наприклад, нещодавно вдалося побудувати карту смаків на основі фМРТ або навіть розмітити мозок по ділянках тіла - виявилося, що в такій карті найбільше місця займають губи.