Человеческий мозг имеет последовательный генетический план и обладает огромной биохимической сложностью

Ученые из Института исследований мозга Аллена сообщили в последнем выпуске журнала Nature, что человеческий мозг имеет согласованную генетическую схему и обладает огромной биохимической сложностью. Результаты основаны на первом глубоком и крупномасштабном анализе обширного набора данных, публично доступных в Атласе человеческого мозга Аллена.

Результаты этого исследования основаны на обширном анализе Атласа человеческого мозга Аллена, в частности, на подробном исследовании всех генов, всех структур генов, работающих в человеческом мозге. Этот набор данных профилирует от 400 до 500 различных областей мозга в полушарии с использованием технологии микрочипов и включает более 100 миллионов измерений экспрессии генов, охватывающих на сегодняшний день три отдельных человеческого мозга. Среди других результатов, эти данные показывают, что 84% всех генов экспрессируются где-то в человеческом мозгу и имеют паттерны, которые существенно схожи от одного мозга к другому.

"Это исследование демонстрирует ценность глобального анализа экспрессии генов во всем мозге и имеет значение для понимания функции, развития, эволюции и болезней мозга," сказал Эд Лейн, доктор философии.D., Младший научный сотрудник Института исследований мозга Аллена и соавтор статьи. "Эти результаты – лишь малая часть того, что можно узнать из этого огромного набора данных. Мы с нетерпением ждем того, что узнают другие."

Основные выводы

Результаты этого исследования показывают, что, несмотря на бесчисленное множество личностей и когнитивных способностей, наблюдаемых в человеческой популяции, наши мозги больше похожи друг на друга, чем на разные. Индивидуальные человеческие мозги имеют одну и ту же базовую молекулярную схему, и более глубокий анализ этой общей архитектуры позволяет сделать еще несколько выводов:

Соседние области коры головного мозга – морщинистая внешняя оболочка – более биохимически похожи друг на друга, чем на более отдаленные области мозга, что имеет значение для понимания развития человеческого мозга как на протяжении жизни, так и на протяжении всей эволюции.

Правое и левое полушария не демонстрируют существенных различий в молекулярной архитектуре. Это говорит о том, что такие функции, как язык, которые обычно обрабатываются одной стороной мозга, вероятно, являются результатом более тонких различий между полушариями или структурных различий в размере или схемах, но не из более глубоких молекулярных основ.

Несмотря на контроль разнообразных функций, от визуального восприятия до планирования и решения проблем, кора головного мозга очень однородна по сравнению с другими областями мозга. Это говорит о том, что одни и те же основные функциональные элементы используются во всей коре и что детальное понимание того, как работает одна область, откроет основы, которые применимы и к другим областям.

В дополнение к таким глобальным открытиям, исследование дает новое понимание детальной внутренней работы мозга на молекулярном уровне – уровне, на котором разворачиваются болезни и действуют терапевтические препараты.

84% всех генов экспрессируются или включаются где-то в человеческом мозгу.

Многие ранее не охарактеризованные гены включаются в определенных областях мозга и локализуются с известными функциональными группами генов, предполагая, что они играют роль в определенных функциях мозга.

Гены, связанные с синапсами – те, которые связаны с механизмом межклеточной коммуникации в мозге – развернуты в сложных комбинациях по всему мозгу, обнаруживая большое разнообразие типов синапсов и заметные региональные вариации, которые, вероятно, лежат в основе функциональных различий между областями мозга.

"Огромное разнообразие синапсов, которые мы видим в человеческом мозгу, поразительно," сказал Сет Грант, FRSE, профессор молекулярной нейробиологии Эдинбургского университета и соавтор исследования. "Мутации в синаптических генах связаны с многочисленными нарушениями, связанными с мозгом, и поэтому понимание разнообразия и организации синапсов в мозге является ключевым шагом к пониманию этих заболеваний и разработке конкретных и эффективных терапевтических средств для их лечения."