Poznanie roli każdego z miliardów neuronów i setek tysięcy aksonów w ludzkiej korze mózgowej jest od dawna marzeniem i celem wielu naukowców. Zadanie to jest jednak bardzo trudne i wymaga połączenia sił specjalistów z różnych dziedzin. Badania mające na celu dokładne zmapowanie ludzkiego mózgu wciąż są prowadzone, choć obecnie w nieco mniejszej skali.
Naukowcy z Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Research Campus oraz Allen Institute for Brain Science połączyli siły, skupiając się na dokładnym udokumentowaniu połączeń tworzonych przez neurony mysiej kory ruchowej. Zwierzęta te mają znacznie mniejszy mózg niż człowiek (składający się zaledwie z ok. 80 mln neuronów), co ułatwia dokładne zbadanie każdej z jego komórek i opracowanie narzędzi, które mogłyby w przyszłości posłużyć także do dokładnego zobrazowania mózgowia człowieka.
“Łączenie tak obszernych analiz jest ogromnym przedsięwzięciem technicznym – mówi Karel Svoboda z Janelia Research Campus, współautor badania. – Duże postępy w badaniach nad mózgiem będą w coraz większym stopniu opierały się na tym rodzaju współpracy.”
Specjaliści z dwóch ośrodków badawczych skupili się na przedniej bocznej korze ruchowej, ponieważ wykonuje ona niejako dwa oddzielne typy zadań: planuje wykonanie konkretnego ruchu i inicjuje tę czynność. Jednocześnie jest to region podatny na uszkodzenia w wyniku chorób neurodegeneracyjnych.
Podczas badań ustalony został pełny zestaw transkryptomu, czyli wszystkich cząsteczek RNA obecnych w każdym z 23 822 neuronów tego obszaru. Dzięki temu możliwe stało się określenie, które geny uległy ekspresji w której komórce. W sumie liczba aktywnych genów w każdej z nich wynosiła ok. 9000, zaś naukowcy zidentyfikowali ponad 130 grup, w których skład transkryptomu był podobny.
Równolegle powstawał inny obraz – tym razem skupiono się jedynie na dużych neuronach, które przesyłają informacje poza korę mózgu. Biorąc pod uwagę kierunki, w których tworzyły one połączenia, udało się podzielić je na dwa zespoły. Pierwszy z nich łączy korę ruchową ze wzgórzem – strukturą stanowiącą swoistą rozdzielnię, w której krzyżują się drogi sygnałów wysyłanych do najróżniejszych rejonów kory mózgu. Ten typ neuronów odgrywa istotną rolę w planowaniu ruchów. Drugi typ natomiast stanowią komórki nerwowe wysyłające projekcje do rdzenia przedłużonego, struktury wchodzącej w skład pnia mózgu. One z kolei są niezbędne dla wykonywania zaplanowanych ruchów. Dodatkowo oba typy przesyłają dane także do obszarów jąder podstawy, których funkcje także wiążą się z wykonywaniem ruchów.
“Mówiąc prosto, te dwa typy neuronów stanowią dwie klasy o odmiennym zachowaniu. Te rodzaje komórek niosą różne informacje do różnych regionów mózgu, w celu wytworzenia różnych funkcji.” – mówi Karel Svoboda.
Choć tworzenie tego rodzaju map jest trudne, specjaliści z Janelia Research Campus i Allen Institute for Brain Science opracowali metodę, która może okazać się przydatna także w przypadku innych regionów mózgu. Być może w przyszłości za pomocą podobnego rozwiązania uda się stworzyć podobną mapę dla o wiele bardziej skomplikowanego ludzkiego mózgowia.
