Используя новую революционную технологию картирования мозга, недавно разработанную в лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL), международная группа ученых под руководством профессора Энтони Задора сделала открытие, которое заставит нейробиологов переосмыслить, как области коры головного мозга взаимодействуют друг с другом.
Новая технология, получившая название MAPseq, позволила ученым определить, что нейроны в первичной зрительной коре головного мозга взаимодействуют с более высокими зрительными областями коры гораздо шире, чем считалось ранее, и в соответствии с определенными паттернами.
Схема соединений коры головного мозга определяет, как информация обрабатывается в десятках корковых областей. "Если мы не знаем, как объединяется информация даже на самых ранних стадиях, то у нас практически нет шанса выяснить, как работает мозг." – говорит Юстус Кебшулл, ныне постдокторант в Стэнфордском университете, который сыграл важную роль в разработке MAPseq в качестве аспиранта в лаборатории Задора.
В эксперименте MAPseq сотни или тысячи нейронов уникально помечены случайными последовательностями РНК ("штрих-коды") через одну инъекцию, сделанную в мозг. Штрих-коды переносятся в ветвящиеся аксоны каждого помеченного нейрона, где их можно позже считать с помощью высокопроизводительного секвенирования штрих-кода после вскрытия мозга. Этот процесс позволяет исследователям идентифицировать каждую область мозга, с которой контактирует каждый нейрон со штрих-кодом.
Лаборатория Задора начала использовать MAPseq для сравнения мозга модели мышиного аутизма со здоровым мозгом мыши, чтобы увидеть, не происходит ли неправильное соединение во время разработки на уровне одного нейрона, которое могло бы объяснить симптомы расстройства – всего лишь одно из многих потенциальных приложений метод.
В экспериментах, о которых сообщается сегодня, команда сначала проверила относительно новую технологию, сравнив ее результаты с методом картирования золотого стандарта, называемым трассировкой одиночного нейрона. Они использовали последний метод, чтобы проследить 31 нейрон мыши в первичной зрительной коре до семи различных участков коры. Эти эксперименты длились 3 года. Затем им потребовалось всего 3 недели, чтобы использовать MAPseq для отображения проекций коры головного мозга, исходящих от 591 первичного нейрона зрительной коры. Оба метода показали, что большинство нейронов в этом месте нацелены на несколько зрительных областей и что примерно одинаковые пропорции клеток проецируются на две, три или четыре области коры.
Помимо того, что он был быстрее, MAPseq смог выявить закономерности в том, как нейроны в первичной зрительной коре головного мозга соединяются с другими зрительными областями коры головного мозга. Около 73% соответствуют одному из шести различных шаблонов проекции. Эта архитектура может облегчить координацию деятельности между этими областями, что, в свою очередь, может предоставить средства связывания визуальной информации через мозг, чтобы помочь сформировать сложные восприятия.
"Наше открытие сигнализирует об отходе от довольно удобной идеи о том, что каждый нейрон проецируется только на одну область коры," говорит Кебшулль. "Такое мышление игнорирует основную структуру мозга, и в будущем способ, которым люди проводят свои эксперименты, кардинально изменится."
Хан И и др, "Одноклеточный анатомический план для внутрикортикальной коммуникации" появится в сети 28 марта 2018 г. в журнале Nature.