Дълбоко в човешкия мозък се намира група структури с общ размер, сравним с този на две гроздови зърна. Въпреки малките си размери те играят ключова роля в контрола на движенията, вземането на решения, изграждането на навици и регулирането на емоциите.

Това са базалните ганглии, чието функциониране е свързано с редица неврологични и психични заболявания, включително болестите на Паркинсон и Алцхаймер, шизофренията, аутизма и зависимостите.

Международен консорциум от учени от девет държави представи най-подробната досега клетъчна карта на тази мозъчна област. Изследването обхваща човешкия мозък и съответните структури при три други вида бозайници: макаци, мармозетки и мишки.

Резултатите са публикувани в 26 научни статии в списания от групата Cell и представляват важна стъпка към по-доброто разбиране на работата на мозъка и механизмите на редица заболявания, разказва El País.

Една от основните цели на съвременната невронаука е да установи кои клетки участват в развитието на конкретни заболявания. Новият атлас предоставя най-подробния досега каталог на клетъчните типове в базалните ганглии и доближава учените до създаването на цялостна карта на човешкия мозък, който съдържа над 85 милиарда неврона и трилиони връзки между тях.

„Диагнозата шизофрения или биполярно разстройство все още може да означава тежко заболяване за цял живот. Хората с невродегенеративни заболявания също страдат изключително много и често умират преждевременно“, обяснява Евън Макоско, преподавател по психиатрия и невробиология в Harvard Medical School и съавтор на изследването.

Според него базалните ганглии са сред най-важните мозъчни области за разбирането на тези заболявания.

Науката откри нова връзка между здравето на червата и болестта на Алцхаймер

25,5 милиона клетки и нов поглед към мозъка

За създаването на атласа учените анализират 25,5 милиона клетки: 21 милиона от човешки мозъци, 3 милиона от макаци и 1,5 милиона от мармозетки.

Новата карта не само показва кои гени са активни във всяка клетка, но и предоставя информация за механизмите, които регулират тяхната активност, както и за формата, разположението и електрическите характеристики на клетките.

Изследването е част от американската научна програма BRAIN Initiative, стартирала през 2014 г., която до момента е получила приблизително 750 милиона долара финансиране. Крайната ѝ цел е създаването на подробен каталог на всички клетъчни типове в човешкия мозък.

В разработването на атласа участват стотици учени от 50 научни институции.

„За да разберем какво действително се случва в мозъка, трябва да разполагаме с точен списък на клетъчните типове и да изследваме генната активност във всеки от тях“, обяснява Хонгкуей Дзън, изпълнителен вицепрезидент и директор по невронауки в Allen Institute, една от водещите организации в проекта.

За първи път човешка мозъчна тъкан се развива в мозъка на мишки

Нови възможности за лечение на Паркинсон и шизофрения

Сред основните открития е идентифицирането на непознат досега тип мозъчни клетки, свързан с шизофренията и биполярното разстройство.

Учените установяват също, че рядка група неврони, в които се открива серотониновият рецептор HTR7, е свързана с повишен генетичен риск от шизофрения.

Тези резултати позволяват генетичните фактори, свързани със заболяването, да бъдат проследени до конкретни клетки. В бъдеще това може да подпомогне разработването на терапии, насочени към определени клетъчни типове.

Друго изследване представя усъвършенстван вариант на съществуваща генна терапия за намаляване на характерното за болестта на Паркинсон треперене. При животински модели подходът показва по-добри резултати и е по-малко инвазивен от прилаганите в момента лечения.

Изследователи от Калифорнийския университет в Сан Франциско идентифицират и значителни промени в генната активност на определени клетки в базалните ганглии, които може да имат отношение към аутизма.

Откритията дават нови насоки за изучаването на тези състояния, но все още не представляват готови терапии с доказана ефективност при хора.

Как животът в Космоса може да промени човешкия мозък и съзнание?

Как мозъкът се променя с възрастта

Част от публикациите разглеждат процесите на стареене и влиянието им върху различните мозъчни клетки.

Изследователи от Broad Institute установяват, че с напредването на възрастта настъпват значителни промени в генната активност, които се различават при отделните клетъчни типове. Тези изменения позволяват да се прогнозира възрастта на човек въз основа на молекулярните характеристики на мозъчните му клетки.

В друго проучване учените анализират четири милиона клетки от близо 200 починали възрастни. Резултатите показват, че съотношението между различните клетъчни типове може да варира значително при отделните хора.

Особено отчетливи са разликите при астроцитите и микроглията, които подпомагат функционирането и защитата на нервната система.

Установени са и изменения, свързани със стареенето. Например броят на клетките, от които се образуват олигодендроцитите, намалява с около 40% между 30- и 80-годишна възраст. Олигодендроцитите участват в образуването на защитната обвивка около нервните влакна.

Учени премахват жизненоважни връзки в мозъка, но дълготрайните спомени остават непокътнати

Общ език за изследване на мозъка

Испанският невробиолог Рафаел Юсте от Колумбийския университет в Ню Йорк, един от инициаторите на BRAIN Initiative, определя новия атлас като най-подробния, създаван досега в рамките на програмата.

Според него идентифицирането на всички клетъчни типове в човешкия мозък е продължение на научната мечта на Сантяго Рамон и Кахал, испански учен, получил Нобелова награда за физиология или медицина през 1906 г. за изследванията си върху структурата на нервната система.

Юсте подчертава, че базалните ганглии имат сложна мрежа от невронни връзки, която все още не е напълно проучена, въпреки ключовата ѝ роля в човешкото поведение.

Биологът Ана Белен Муньос Манчадо от Университета в Кадис обръща внимание на друго важно предимство на проекта: създаването на обща система за идентифициране на мозъчните клетки.

Досега лабораториите често са използвали различни наименования за едни и същи клетъчни типове, което е затруднявало сравняването на научните резултати.

Новият атлас въвежда единна класификация за хора, макаци, мармозетки и мишки и предоставя подробна информация за всеки клетъчен тип.

„За първи път разполагаме с технологии и инструменти, които ни позволяват да търсим отговори на въпроси за нервната система, останали без решение в продължение на десетилетия“, обобщава Муньос Манчадо.