近日，美國艾倫腦科學研究所的一項新研究為我們展示了迄今為止最詳細的“人腦零部件清單”，闡明了人類大腦皮層的細胞結(jié)構(gòu)，它對于理解我們的認知能力和對疾病的易感性至關重要。該研究近日已發(fā)表在《Nature》上。
這項研究首次捕獲了人類與小鼠腦細胞類型之間超高分辨率的比較結(jié)果，顯示我們擁有的大部分腦細胞在小鼠大腦中都有對應物，它們已經(jīng)保持了大約7500萬年的進化距離。通過與小鼠的類似腦區(qū)比較，研究人員發(fā)現(xiàn)了二者在結(jié)構(gòu)和細胞類型方面的相似性，但也存在相當多的差異。這強調(diào)了在研究模式生物外，直接研究人腦的重要性。
該研究通訊作者、艾倫腦科學研究所的研究員Ed Lein說：“正如我們可以通過ancestry.com或23andMe等服務，利用基因構(gòu)建我們的家族樹或者找到失散已久的親屬一樣，我們讓基因告訴我們大腦及其進化的故事。就像警方能利用基因數(shù)據(jù)庫中的信息追蹤金州殺手一樣，這種新的超高分辨率的大腦視圖提供了一個基線，可以找到疾病中出錯的細胞。”
小鼠和人類腦細胞類型的新比較為科學家們打開了一扇大門，他們可以將幾十年來在嚙齒類動物神經(jīng)科學研究中獲得的知識推演到我們自己的大腦中。細胞類型的排列也突出了我們與嚙齒類動物之間的關鍵差異，這可以解釋為什么在小鼠研究中開發(fā)的那么多**類藥物在人體中不起作用。
美國國家心理健康研究所所長Joshua Gordon博士說：“這項研究結(jié)果非常關鍵，它讓我們能夠了解小鼠和人類之間的共同點和差異性，這將會產(chǎn)生對**疾病更好的治療。我們最終的目標將是開發(fā)出完整的人腦零部件清單。這是一個雄心勃勃的目標，但這篇論文向我們表明，它是一項可行的工作。”
血清素受體，即允許我們的神經(jīng)元對神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺作出反應的蛋白質(zhì)，已知在食欲、情緒、記憶力、睡眠和許多其他重要的大腦功能中發(fā)揮著主導作用，但研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人類腦細胞之間發(fā)生了巨大的變化。我們和小鼠都有該蛋白質(zhì)，但它們用于小鼠的其他神經(jīng)元，而不同于我們。這些變化可以解釋為什么臨床研究人員很難開發(fā)出治療抑郁癥和其他與血清素相關疾病的新療法，作用于血清素受體的藥物對小鼠產(chǎn)生的影響可能與對我們非常不同。
人類大腦比小鼠的更復雜嗎？
研究人員利用單核RNA測序技術(shù)，鑒定出了人類大腦皮層某區(qū)域中的75種不同細胞類型，在小鼠大腦中具有松散的匹配。這一發(fā)現(xiàn)與人類基因組計劃在近20年前揭示的人類與小鼠擁有幾乎相同數(shù)量的基因相似。
Lein說：“許多人會認為人腦比鼠腦更為復雜。令人驚訝的是，至少在細胞多樣性方面，情況似乎并非如此。但我們現(xiàn)在有了新方法可以進行真正的腦腦對比，從中開始看到基因的使用方式、細胞的樣子，以及大腦中不同細胞類型的比例存在很多差異。”
圖片來源：Nature
研究人員使用基因表達，即在特定細胞中被激活的基因，從人類內(nèi)側(cè)顳葉（大腦顳葉的一部分）中篩選近16000個細胞。
這項研究依賴于那些為科學捐獻大腦的人死后的腦組織和接受過腦部手術(shù)癲癇患者捐贈的組織。艾倫研究所的研究人員現(xiàn)在正在研究覆蓋大腦更多區(qū)域的腦細胞類型。
如果我們與小鼠的腦細胞既相同又不同，這聽起來非常令人困惑，那么想想哺乳動物四肢的多樣性吧。我們的手、蝙蝠的翅膀和鯨魚的鰭都是由同樣的基因構(gòu)建的，但這些結(jié)構(gòu)在外觀和功能上都截然不同。除了血清素受體的發(fā)現(xiàn)，該研究還揭示了與神經(jīng)元連接方式相關的基因表達的巨大變化，這意味著我們的腦回路可能與小鼠的非常不同。
該研究作者之一，首席科學家兼艾倫腦科學研究所所長Christof Koch博士說：“最重要的是，我們的大腦與小鼠的大腦存在很多的相似性和差異性，其中一點是，我們的進化具有巨大的連續(xù)性，另外還有，我們是獨一無二的。如果你想治愈人腦疾病，那你必須了解人腦的獨特性。“
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