О мышах и людях
Недавно мы отправили статью на биоархив. Это такой сайт, куда ученые выкладывают свои работы до публикации, чтобы получить обратную связь. Чтобы написать эту работу потребовалось 3 года работы, а также коллаборация 146 авторов из 13-ти разных научных институтов в разных частях мира. Именно такие проекты и называются большой наукой или “Big Science”. К тому же я давно не практиковался в популяризации науки, а теперь на карантине появилось время для этого.
По словам Карла Сагана «Мозг это очень большое место в очень маленьком пространстве». Это подходит для описания практически любого мозга, который мы можем найти природе. Особенно это подходит для человеческого мозга, который состоит как минимум из 100 миллиардов нейронов. Эта цифра сравнима с количеством звёзд в нашей галактике Млечного пути.
Более того, не все нейроны мозга похожи друг на друга. Разные типы клеток в некотором смысле похожи на зоопарк. Разнообразие нейронов немного во многом похоже на разнообразие видов млекопитающих. На первый взгляд 30-ти тонный серый кит сильно отличается от килограммовой чихуахуа. Тем не менее, оба они относятся к классу млекопитающих, и обладают четырьмя конечностями, одним сердцем, двумя почками и так далее. Тоже относится и к нервной системе, в которой можно найти маленькие клетки-зерна в мозжечке, размером около 10ти микрометров, так и гигантские клетки Бетца, которые находятся в моторной коре и пронизывают ее своим дендритом насквозь более чем на 1000 микрометров.
На протяжении эволюции в течение миллиардов лет, мозг, как и другие части тела значительно изменялись. Например, такая область человеческого мозга, как новая кора значительно увеличила свою площадь по сравнению со всеми другими млекопитающими. Увеличился, конечно, относительный размер коры по сравнению со всем мозгом. У слона или кита площадь коры, конечно больше, но ее относительный размер больше именно у человека. Более того, огромное многообразие психических функций связанно с новой корой. Именно она позволяет млекопитающим чувствовать, планировать действия, думать и быстро учиться. Мы, конечно, называем млекопитающих так потому, что они вскармливают своих детей молоком, но чуть ли не более важной их характеристикой является наличие новой коры. Новой, потому что она появилась именно у млекопитающих, что позволяет им осуществлять сложное поведение, в том числе социальное, которого почти нет у других классов животных.
Кора млекопитающих обладает огромным разнообразием типов клеток. Её площадь очень быстро увеличилась по эволюционным меркам за 80 миллионов лет. При этом увеличилось не только количество нейронов, но и их разнообразие. Но каким образом можно описать разнообразие клеток? Какие характеристики нужно использовать для этого? Стоит ли разделять клетки на группы на основании того как они выглядят, как они генерируют электрический ток или на основании того, какие гены у них активны?
Оказывается для того, чтобы разделить клетки на разные типы достаточно проанализировать уровень экспрессии генов в каждой клетке, что затем это позволит объяснить другие их свойства. Мы обнаружили, что нейроны, у которых активны те же гены, похожи между собой, а также отвечают схожим образом на стимуляцию электрическим током. В нашей работе мы сравнили нейроны человека и мыши из слоя 2-3 новой коры. Именно этот слой значительно увеличился в размере у человека по сравнению с общим предком человека и мыши. Оказалось, что человеческие нейроны имеют гораздо большее количество типов клеток в этом слое. Более того, мы обнаружили, что человеческие нейроны обладают большим разнообразием свойств в пределах одного и того же типа. Возможно это связано с тем, что человеческие клетки должны быть более разнообразными для того, чтобы решать более сложные задачи. Но это, конечно, наши спекуляции, поскольку связь структуры и функции в нервной системе до сих пор открытый вопрос. Более того, мы нашли некоторые типы нейронов, которые могут быть более уязвимы при болезни Альцгеймера. В будущем, это может нам помочь разрабатывать вирусную терапию для этого типа клеток. Но это еще одно предсказание с нашей стороны и пока непонятно насколько это будет полезным в будущем.
В целом, эта работа потребовала взаимодействия огромного количества ученых, инженеров, лаборантов и менеджеров . И я рад, что смог внести свой вклад в конечный результат.
#нейротоля
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.31.018820v1.abstract?fbclid=IwAR17UFuztYE2IRI4A7LcP6Sfl8dym2b6gVTZDdSY6C-JHxvlPx4tgY2_b3g