美国“脑计划”取得重大进展:哺乳动物大脑运动区域有详图可研究

业界 | 2021-10-09 10:32:49
时间:2021-10-09 10:32:49   /   来源: 科技日报      /   点击数:()

美国“脑计划”的细胞普查项目(BICCN)绘制了哺乳动物(小鼠、猴子和人类)初级运动皮层的细胞类型图谱和神经元解剖接线图。该图谱为更深入地研究哺乳动物大脑其余部分的细胞类型奠定了基础。这些发现以17篇论文的形式发表在《自然》杂志专辑上。

小鼠大脑图谱旨在解析小鼠大脑的基因组学基础形式和功能,可作为相关人类研究的模型。

美国国立卫生研究院(NIH)院长弗朗西斯·柯林斯表示:“由于这项开创性的合作研究,我们现在对大脑运动皮层的细胞及其基本功能特性有了全面了解。该图谱将为未来研究物种内部和跨物种大脑的结构和功能提供跳板。”

人类能全面了解自己的大脑吗

人脑是一个极其复杂的器官,由大约1000亿个神经元、大致相同数量的非神经元细胞和数万亿个神经连接组成。尽管所有人都具有相同的一般大脑结构,但多种环境和遗传因素会影响我们大脑的发育和功能。换句话说,每个人的大脑都反映了他们独特的背景和生活经历。

在脑外科患者捐赠的脑组织切片上进行的人类神经元的数字重建叠加。艾伦脑研所研究人员通过一种称为Patch-seq的技术从这些活的人类神经元中获取电信息以及它们的3D形状和基因表达。这张图片显示了人类大脑最外层新皮层内侧颞回中的几种不同类型的神经元。

图源:艾伦脑科学研究所

全面了解构成大脑的所有细胞类型、它们的特征以及它们在个体之间的差异,对于理解是什么让我们人类与众不同至关重要。了解在大脑结构和功能发展中起作用的因素,也是了解精神分裂症、成瘾、癫痫症和阿尔茨海默病等疾病如何发展的重要环节。

与啮齿动物相比,人类神经元似乎高度专业化。艾伦脑研所的科学家们正在研究这些神经元,其中一种类型是CARM1P1神经元,它们在大脑中发送远程连接,并且可能选择性地易受阿尔茨海默病的影响。

NIH神经系统疾病和中风研究所所长瓦尔特·科洛谢茨表示,现在人们迫切需要开发针对大脑疾病的疗法。

值得高兴的是,BICCN的研究能为科学家提供工具,通过基因组疗法,使精确靶向细胞类型和神经网络成为可能,从而治疗那些影响人们思维、记忆、情绪和运动的疾病。

为深入了解大脑提供前所未有的细节

过去10年的科学进步,使研究人员从仅能分析脑细胞的物理特征,转向研究细胞功能背后的分子特征。研究人员现在可以检视转录组(细胞中完整的基因读数集,其中包含制造蛋白质和其他细胞产物的信息)和细胞的表观基因组(对细胞DNA的化学修饰集,它改变了细胞遗传信息的表达方式)。技术创新已扩展到可对数千万个单细胞进行快速、经济、高效的分析,以更好地了解大脑的组成部分。

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