Человеческий мозг — это удивительный и сложный орган, обеспечивающий множество сложных поведенческих реакций и способностей, которые не наблюдаются ни у одного другого вида животных. На протяжении веков ученые пытались понять, что же такого уникального в человеческом мозге и как он развивается на протяжении всей жизни человека.

Последние технологические и экспериментальные достижения открыли новые возможности для нейробиологических исследований, что, в свою очередь, привело к созданию все более подробных описаний мозга и лежащих в его основе процессов. В совокупности эти усилия помогают пролить новый свет на основы различных нейропсихиатрических и нейроразвивающих расстройств.

Исследователи из Пекинского педагогического университета, лаборатории Чанпин и других институтов недавно приступили к изучению мозга человека и макаки, ​​сравнивая их развитие во времени с использованием различных генетических и молекулярных методов анализа. В своей статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience , они выявили некоторые ключевые различия между двумя видами: префронтальная кора головного мозга человека развивается медленнее, чем префронтальная кора макаки.

«Изучение клеточных и молекулярных характеристик развития префронтальной коры головного мозга человека имеет решающее значение для понимания когнитивных способностей человека и его уязвимости к неврологическим и нейропсихиатрическим расстройствам», — написали Цзияо Чжан, Маюцин Ли и их коллеги в своей статье. «Мы создали сравнительный репозиторий данных об экспрессии генов, доступности хроматина и пространственной транскриптомике постнатального развития префронтальной коры головного мозга человека и макаки на уровне отдельных клеток».

Картирование развития мозга на уровне отдельных клеток

Исследователи собрали несколько образцов ткани головного мозга, хирургически удаленных из префронтальной коры головного мозга макак и людей на разных стадиях после рождения. В качестве испытуемых использовались дети с эпилепсией, которым проводились хирургические операции в рамках плана лечения.

Исследователи проанализировали экспрессию генов в отдельных клетках, взятых из собранных ими тканей, а также доступность хроматина (то есть, насколько открыта ДНК внутри отдельных клеток). Они также картировали экспрессию генов по всей ткани головного мозга, используя метод, известный как пространственная транскриптомика , и изучили типы присутствующих клеток.

«Интегративный анализ позволил выявить специфические для каждого вида динамические траектории различных типов клеток, осветив ключевые периоды и сети регуляции генов для таких процессов, как синаптогенез, синаптическая обрезка и глиогенез», — написали авторы.

Анализы исследователей показали, что развитие префронтальной коры головного мозга у человека занимает больше времени, чем у макак. Они также обнаружили, что глиальные предшественники (то есть стволоподобные клетки, которые впоследствии делятся и развиваются в определенные типы глиальных клеток) размножаются у человека активнее.

«Мы выявили регуляторные корреляты длительного развития префронтальной коры головного мозга человека по сравнению с макаками», — написали исследователи. « Глиальные предшественники продемонстрировали более высокую способность к пролиферации у людей по сравнению с макаками, что связано с различными профилями экспрессии генов. Кроме того, мы обнаружили типы и линии клеток, наиболее восприимчивые к нейроразвивающим и нейропсихиатрическим расстройствам , сосредоточившись на факторах транскрипции с особенностями экспрессии, специфичными для человека».

Открытие, способное углубить наше понимание работы мозга

Чжан, Ли и их коллеги получили новые ценные данные, которые могут более подробно объяснить известные различия в функциях мозга человека и других приматов. В частности, исследователи также выявили факторы транскрипции, которые модулируют развитие человеческого мозга, но не мозга макак, а также определили типы клеток в тканях человека, которые, как известно, поражаются в мозге пациентов с определенными расстройствами.

«Наши открытия проливают свет на специфические для человека регуляторные программы, продлевающие постнатальное созревание коры головного мозга посредством скоординированного развития нейронов и глиальных клеток, что имеет значение для когнитивных функций и нарушений нейроразвития», — написала группа исследователей.

В будущем результаты этого недавнего исследования могут помочь лучше понять, как развивается человеческий мозг и какие молекулярные процессы нарушаются в мозге людей с определенными  нейропсихиатрическими расстройствами. Это, в свою очередь, может проложить путь к внедрению новых стратегий профилактики или лечения этих расстройств.