Среда, 21 февраля, 2024
ДомойБиологияКогда мозги взрослеют? Новые результаты шокируют нейробиологов

Когда мозги взрослеют? Новые результаты шокируют нейробиологов

- Advertisement -

Недавние исследования показали, что у мышей и приматов, несмотря на разную продолжительность жизни, синапсы мозга развиваются с одинаковой скоростью. Это удивительное открытие бросает вызов предыдущим предположениям нейробиологии о старении и болезнях и открывает новые возможности для понимания развития человеческого мозга и улучшения методов лечения неврологических расстройств.

Недавние исследования показывают, что мозг мышей и приматов созревает с одинаковой скоростью.

Исследование Аргоннской национальной лаборатории показало, что и у недолговечных мышей, и у долгоживущих приматов синапсы мозга развиваются в одни и те же сроки, что бросает вызов предположениям о болезнях и старении. Но что это значит для людей и прошлых исследований?

Мыши обычно живут два года, а обезьяны — 25 лет, но мозг обоих, по-видимому, развивает свои синапсы одновременно. Это открытие, опубликованное в недавнем исследовании, проведенном нейробиологом Бобби Кастури из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и его коллегами из Чикагского университета, является шоком для нейробиологов.

Разрушение прежних предположений в нейробиологии

До сих пор считалось, что развитие мозга у мышей происходит быстрее, чем у других, долгоживущих млекопитающих, таких как приматы и люди. Например, те, кто изучал мозг двухмесячной мыши, предположили, что мозг уже завершил развитие, поскольку общая продолжительность его развития была короче. Напротив, мозг двухмесячного примата все еще считался претерпевающим изменения в развитии. Соответственно, мозг 2-месячной мыши не считался хорошей моделью для сравнения с мозгом 2-месячного примата.

Это предположение кажется совершенно неверным, что, по мнению авторов, поставит под сомнение многие результаты использования данных о мозге молодых мышей в качестве основы для исследований различных состояний человека, включая аутизм и другие нарушения нервного развития.

«Фундаментальный вопрос нейробиологии, особенно мозга млекопитающих, заключается в том, как мозг растет?» — сказал Кастури. «Оказывается, мозг млекопитающих созревает с одинаковой скоростью на всех абсолютных стадиях. Теперь, когда мы обнаруживаем, что часы идут одни и те же, нам придется переосмыслить старение и развитие».

Методология исследования и удивительные результаты

Грегг Вильденберг — научный сотрудник The Чикагский университет и ведущий автор исследования вместе с Кастури и аспирантами Ханью Ли, Ванданой Сампаткумар и Анастасией Сорокиной. Он внимательно изучил нейроны и синапсы в мозгу очень молодых мышей. Он был поражен тем, что мышонок ползал, ел и вел себя так, как и следовало ожидать, несмотря на то, что в его мозговых схемах практически не было измеримых связей.

«Думаю, я нашел один синапс вдоль всего нейрона, и это шокирует», — сказал Вильденберг. «Этот живой детёныш существовал вне утробы матери через шесть дней после рождения, ведя себя и познавая мир без каких-либо нейронов его мозга, фактически связанных друг с другом. Нам следует быть осторожными в отношении чрезмерной интерпретации наших результатов, но это увлекательно».

Нейроны мозга отличаются от нейронов клеток любого другого органа, потому что клетки мозга постмитотические, то есть никогда не делятся. Все остальные клетки организма — печень, желудок, сердце, кожа и т. д. — делятся, заменяются и разрушаются в течение жизни. Этот процесс начинается в период развития и в конечном итоге переходит в старение. Однако мозг — единственный орган млекопитающих, который имеет по существу одни и те же клетки в первый и последний день жизни.

Исследование тайн развития и технологических достижений

Ситуация усложняется тем, что ранние эмбриональные клетки каждого разновидность кажутся идентичными. Если бы эмбрионы рыб, мышей, приматов и человека находились все вместе в чашке Петри, было бы практически невозможно выяснить, какой эмбрион разовьется в какой вид. В какой-то загадочный момент внутри эмбриона происходит изменение программы развития, и появляется только один конкретный вид. Ученые хотели бы понять роль клеток головного мозга в развитии мозга, а также в физическом развитии видов.

Кастури и его команда смогли продвинуть свое недавнее открытие благодаря Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), пользовательскому центру Управления науки Министерства энергетики США. ALCF способен обрабатывать огромные наборы данных — «терабайты, терабайты и еще терабайты данных», — сказал Кастури, — чтобы изучать клетки мозга наномасштаб. Исследователи использовали суперкомпьютер, чтобы изучить каждый нейрон и подсчитать каждый синапс в нескольких образцах мозга представителей разных возрастов. По словам Кастури, без ALCF сбор и анализ такого уровня данных был бы невозможен.

Переоценка прошлых исследований и взгляд в будущее

Кастури знает, что многим ученым понадобится больше данных, подтверждающих выводы недавнего исследования. Он сам пересматривает результаты прошлых исследований в контексте новой информации.

«Одно из предыдущих исследований, которые мы проводили, сравнивало мозг взрослой мыши с мозгом взрослого примата. Мы думали, что приматы умнее мышей, поэтому каждый нейрон должен иметь больше связей, быть более гибким, иметь больше маршрутов и так далее», — объяснил он. «Мы обнаружили, что все наоборот. Нейроны приматов имеют гораздо меньше связей, чем нейроны мышей. Теперь, оглядываясь назад, мы думали, что сравниваем похожие виды, но это не так. Мы сравнивали трехмесячную мышь с пятилетним приматом».

Последствия исследования для людей неясны. Во-первых, в поведенческом плане люди развиваются медленнее, чем другие виды. Например, многие четвероногие млекопитающие могут ходить в течение первого часа жизни, тогда как людям часто требуется больше года, прежде чем сделать первые шаги. Отличаются ли правила и темпы синаптического развития в мозге человека от мозга других млекопитающих?

«Мы верим, что что-то замечательное, что-то волшебное будет обнаружено, когда мы сможем взглянуть на ткани человека», — сказал Кастури, который подозревает, что у людей может быть совершенно другой график. «Именно здесь часы, одинаковые для всех других видов млекопитающих, могут сломаться».

Вильденберг надеется, что информация, собранная в ходе исследования, приведет к разработке фармацевтических препаратов, которые лучше воздействуют на неврологические расстройства и заболевания человека.

«Мышиные модели могут оказаться полезными для разработки сердечно-сосудистых препаратов, поскольку сердце, которое по сути является насосом, у разных видов работает одинаково», — сказал он. «Однако разработка лекарств от неврологических заболеваний чрезвычайно сложна. Важно понять, как развивается мозг разных видов, чтобы ученые могли адаптировать подходы, основанные на инновациях и адаптациях мозга».

Ссылка: «Изохронное развитие корковых синапсов у приматов и мышей», Грегг Вильденберг, Ханью Ли, Вандана Сампаткумар, Анастасия Сорокина и Нараянан Кастури, 4 декабря 2023 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-023-43088-3

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме