Открытие молекулярных сигнатур незрелых нейронов в человеческом мозге на протяжении всей жизни дает представление о пластичности мозга

Команда исследователей из Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете использовала передовые методы, чтобы показать, что в ключевой области памяти а, называемой гиппокампом, незрелые, пластичные ы присутствуют в значительном количестве на протяжении всей жизни человека. Выводы, опубликованные в этом месяце в Природа, надеются разрешить давний спор о существовании «взрослого нейрогенеза» — образования новых незрелых нейронов в зрелом человеческом мозгу. Открытие также прокладывает путь к более глубокому изучению нейрогенеза взрослых и его роли в памяти, настроении, поведении и нарушениях головного мозга.


«Многие млекопитающие генерируют новые нейроны в своем мозгу на протяжении всей жизни, которые играют решающую роль в пластичности мозга или способности меняться и адаптироваться с течением времени. Эта способность к самовосстановлению особенно важна, когда мозг поврежден, что и происходит во время инсульт или черепно-мозговая травма», — сказал старший автор Хунцзюнь Сонг, доктор философии, профессор нейробиологии имени Перельмана в Пенсильвании. «Эта пластичность также важна для понимания таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, которые, помимо других функций, влияют на память пациента».

Существование взрослого нейрогенеза у людей обсуждается десятилетиями. Почти столетие нейробиологи предполагали, что после того, как мозг млекопитающих созреет, в нем не будут образовываться новые нейроны — существующие должны сохраняться на протяжении всей взрослой жизни. В конце концов, исследования начали приводить доказательства появления новых незрелых нейронов во взрослом мозге у мышей, людей и других млекопитающих, особенно в обонятельной (обонятельной) области и в гиппокампе. Незрелые нейроны в гиппокампе представляли и продолжают вызывать особый интерес, поскольку эта область мозга играет важную роль в обучении, памяти и регуляции настроения, а в мозгу людей с болезнью Альцгеймера она снижена.

Однако за последние несколько лет другие исследования не обнаружили доказательств значительного нейрогенеза у взрослых в гиппокампе человека. Нейробиологам было трудно уладить этот спор, потому что у них не было простого, чувствительного и конкретного метода для идентификации вновь образовавшихся незрелых нейронов в образцах ткани мозга взрослого человека.

Сонг, Мин и их команда преодолели эту проблему с помощью двух мощных и относительно новых инструментов. Первый — это секвенирование одноядерной РНК, которое регистрирует практически всю генную активность в любой отдельной клетке. Второй — машинное обучение, тип искусственного интеллекта, который в данном случае исследователи использовали для просеивания огромных наборов данных об активности генов — для мышей и людей — для изучения тонких различий между зрелыми и незрелыми нейронами гиппокампа.

Используя эти методы, исследователи подтвердили наличие незрелых нейронов гиппокампа, в основном так называемых гранулярных клеток, в широком диапазоне образцов человеческого мозга от младенчества до 92 лет. Незрелые гранулярные клетки обычно составляли не менее нескольких процентов гранулярных клеток. клеточной популяции даже в пожилом мозге. Исследователи не обнаружили значительного количества незрелых нейронов в других областях мозга взрослого человека.

Анализ выявил широкую картину генной активности, характерную для незрелых гранулярных клеток, и показал, как эта картина изменяется при нормальном старении, различается у людей и мышей и изменяется при болезни Альцгеймера. В соответствии с предыдущими исследованиями исследователи обнаружили, что доля незрелых гранулярных клеток среди всех гранулярных клеток была значительно снижена в мозге с болезнью Альцгеймера — более чем наполовину по сравнению с мозгом того же возраста без болезни Альцгеймера.

Еще раз намекая на силу этого типа анализа для изучения происхождения болезней, исследователи изучили экспрессию на протяжении всей жизни в незрелых гранулярных клетках известных генов риска заболеваний головного мозга, включая болезнь Альцгеймера и расстройства аутистического спектра. Они обнаружили, что некоторые из этих генов риска начали экспрессироваться в незрелых гранулярных клетках в возрасте, когда считается, что сцепленное заболевание возникает.

Исследование включало идентификацию клеток-предшественников гиппокампа, которые происходят из нейральных стволовых клеток и, в свою очередь, дают начало новым гранулярным клеткам. Эти эксперименты показали, что предшественники относительно немногочисленны, но служат постоянными источниками новых клеток-зерен, которые созревают очень медленно, в течение года или более.