Первая в истории карта нервной системы

Мозг – безусловно, наш самый сложный орган, с его миллиардами и миллиардами нейронов, которые коммуницируют через обширную сеть синаптических связей. Но есть более простые понять принципы его работы, чем составление карт этой невероятно сложной сети. У нас есть червь Caenorhabditis elegans, который ученые использовали в качестве модели для изучения человеческого мозга в течение некоторого времени. А теперь ученые составили то, что они называют первой полной картой всей его нервной системы.

Причина, по которой нервная система C. elegans стала популярной моделью для изучения человеческого мозга, в значительной степени обусловлена его относительной простотой. Когда человеческий мозг содержит около 100 миллиардов нейронов, C. elegans нужно всего 302 нейрона, чтобы двигаться, питаться и держаться подальше от опасности. Удобно то, что он содержит много молекул, общих с нервной системой человека.

Полная карта этих нейронов и связей известна как коннектом, и этот вид нейрональной карты поможет нам понять её роль в управлении поведением у C. elegans. В свою очередь, это может просветить наше понимание нервной системы человека и того, что происходит, когда эти связи разрушаются. Это представляет особый интерес для отрасли научных исследований, посвященной изучению ошибочного образования связей и неврологическими расстройствами, такими как шизофрения, депрессия и аутизм.

Руководителем исследования в австралийском университете Монаш был профессор Алекс Форнито, чья команда в Лаборатории мозга и психического здоровья использует передовые технологии визуализации, чтобы визуализировать связь в человеческом мозге и лучше понять его биомеханику здорового состояния и болезненных изменений. Он не участвовал в исследовании, но сравнивает Коннектом Человека с Проектом Генома Человека с точки зрения научной деятельности.

Мозг представляет собой тесно связанную сеть клеток, и способ того, как разные клетки соединяются и взаимодействуют друг с другом, обуславливает наши мысли, эмоции и поведение. Из этого следует, что изменения в связях мозга и коммуникации должны быть тесно связаны с риском возникновения психических заболеваний. Эти изменения, вероятно, будут незначительными, поскольку их часто нельзя увидеть при изучении мозга невооруженным глазом, и они являются продуктом сложного взаимодействия между генами, окружающей средой и развитием человека.

Профессор Алекс Форнито.

Ученые фактически опубликовали карту нервной системы C. elegans еще в 1986 году. Работа включала анализ нейронных структур на тысячах изображений и ручное соединение точек, продемонстрировавшее сеть из примерно 5000 связей между структурами. Эта работа имела решающее значение для того, чтобы сделать червя популярной моделью для изучения биологии человека, но карта не была слишком подробной, только описывающей нервную систему червя и исключающей большие участки тела.

Перенесемся вперед на несколько десятилетий, когда ученые уже заполнили пробелы. Во главе с Скоттом Эммонсом, профессором генетики в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна, исследователи объединили эти старые сканы круглых червей с новыми, а затем использовали специально разработанное программное обеспечение для их синхронизации, формируя полные схемы для обоих полов C. elegans. К ним относятся все связи между нейронами и мышцами червя, такими тканями, как кишечник и кожа, и синапсами между мышечными клетками.

Это были просто цифровые изображения. Цифровая камера на электронном микроскопе, цифровые сканеры для старых отпечатков и ПК, которые не были доступны картографам в 1970-х годах. Новые коннектомы теперь в цифровом формате.

Скотт Эммонс, профессор генетики в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна.

Ранние обзоры этих карт показывают некоторые интересные идеи. Например, Эммонс говорит, что синаптические пути между двумя полами схожи, но они наблюдали различия в силе некоторых связей, особенно тех, которые связаны с репродуктивными функциями у женщин и тех, которые связаны с совокуплением у мужчин.

Исследователи описывают это достижение как важную веху в области коннектомики, и говорят, что полная диаграмма может служить отправной точкой для дальнейшего изучения того, как эти нейронные связи контролируют поведение червя. А благодаря молекулам, которые он разделяет с нервной системой человека, это поможет лучше понять биологию поведения людей и, возможно, даже открыть новые терапевтические методы лечения некоторых неврологических состояний.

Если мы обнаружим понятные ученым схемы, которые не функционируют должным образом, возможно, мы разработаем методы лечения для улучшения, или восстановления, или обхода функций этих схем.

Скотт Эммонс, профессор генетики в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна.

Это явно далеко. Эммонс заявлял, что полный человеческий коннектом – это реалистичная цель, но через много лет, а может и десятилетий. Но каждый раз, когда мы углубляем наше понимание в связях мозга, мы приближаемся к новым методам лечения неврологических расстройств, которые не изменяют мозг в целом, как это делают современные лекарства, а вместо этого устраняют конкретную причину.

В принципе, если мы сможем лучше понять, как связи в мозге влияют на риск возникновения психических заболеваний, и, если мы сможем определить, какие именно нейронные цепи являются наиболее актуальными, и мы можем соответственно разработать новые методы лечения, которые более точно будут нацелены на механизмы, провоцирующие начало заболевания.

Профессор Алекс Форнито.

Автор: Ник Лаварс

Перевод: Филипп Дончев

Ссылка на источник: https://newatlas.com/scientist-map-nervous-system-milestone/60482/

Источник: m.vk.com

Комментарии: