神經(jīng)科學(xué)家發(fā)布了大腦的零件清單 詳細(xì)說(shuō)明了老鼠和人類之間的差異

由西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究為大腦提供了一個(gè)“零件清單”，包括詳細(xì)了解人類大腦和小鼠大腦各部分之間的差異。

他們說(shuō)，今天在“自然”雜志上發(fā)表的遺傳結(jié)果表明，依靠老鼠來(lái)研究男性和女性的大腦是如何工作的，可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)科學(xué)家失明。

“答案可能是你必須去與人類更相似的物種，”艾倫研究所的調(diào)查員埃德萊因告訴GeekWire。

并不是基本的零件清單完全不同：研究人員發(fā)現(xiàn)，基于遺傳構(gòu)成的人類大腦中鑒定的75種不同細(xì)胞類型中的大多數(shù)也存在于小鼠大腦中。

這種共性甚至適用于科學(xué)家以前認(rèn)為可能是獨(dú)特人類的細(xì)胞，例如 去年發(fā)現(xiàn)的“玫瑰果神經(jīng)元”。

但這些基因的表達(dá)方式存在顯著差異 - 這些差異已發(fā)展超過(guò)7500萬(wàn)年的進(jìn)化。“基因本身并沒(méi)有真正改變，但他們的監(jiān)管可以改變很多，”萊因說(shuō)。

Lein對(duì)電子電路進(jìn)行了比較，所有電子電路都由基本元件組成，如電容器，電阻器和電感器。雖然手表和超級(jí)計(jì)算機(jī)可能使用相同的基本元件，但它們的接線圖卻大不相同。類似地，鼠標(biāo)腦和人腦的“接線圖”的結(jié)構(gòu)不同。

一個(gè)臨床上重要的問(wèn)題涉及5-羥色胺受體，它們是治療抑郁和焦慮的主要目標(biāo)之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，在使用血清素傳遞信號(hào)的機(jī)制中，小鼠和人類之間存在顯著差異。

Lein說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)“應(yīng)該對(duì)使用小鼠作為模型生物來(lái)研究影響血清素信號(hào)傳導(dǎo)的事物產(chǎn)生一定的疑問(wèn)。”

基因表達(dá)的最大差異在皮質(zhì)神經(jīng)元中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，正如預(yù)期的那樣，但在不同類型的腦細(xì)胞中稱為小膠質(zhì)細(xì)胞。這些細(xì)胞被認(rèn)為是大腦的“免疫系統(tǒng)”，它們的功能障礙似乎在阿爾茨海默病等腦部疾病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。(一項(xiàng)關(guān)于這種聯(lián)系的研究于今天在Nature Communications上發(fā)表。)

Lein說(shuō)，新發(fā)表的研究表明，艾倫研究所基于基因表達(dá)對(duì)腦細(xì)胞進(jìn)行分類的技術(shù)可以揭示出比眼睛更深入的差異和相似之處。

“現(xiàn)在我們可以深入到這個(gè)非常非常精細(xì)的分辨率，這比以前任何人都意識(shí)到的要復(fù)雜得多。......我們正在做Ancestry.com或23andMe正在做的事情，但現(xiàn)在對(duì)于細(xì)胞而不是人，“他解釋道。“現(xiàn)在我們測(cè)量的是在個(gè)體細(xì)胞中活躍的基因的表達(dá)，而不是測(cè)量DNA，看看你有哪些等位基因產(chǎn)生特定的特征，如眼睛的顏色或頭發(fā)的顏色或高度。”

加州大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)科學(xué)家Matthew Keefe和Tomasz Nowakowski在同一篇自然出版的同伴作品中使用了不同的類比。他們稱這項(xiàng)研究為人類大腦皮層中神經(jīng)細(xì)胞類型的分子配方提供了“食譜”。

Keefe和Nowakowski指出他們所說(shuō)的有幾個(gè)缺點(diǎn)。

首先，通過(guò)不同方法獲得數(shù)據(jù)集：對(duì)于小鼠，對(duì)整個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分析。對(duì)于人類，研究小組分析了死亡后收獲的腦細(xì)胞的單核，或從手術(shù)中切除的組織中提取的核。(這些手術(shù)是在西雅圖的瑞典神經(jīng)科學(xué)研究所，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和Harborview醫(yī)學(xué)中心完成的。)

此外，細(xì)胞取自皮質(zhì)的不同區(qū)域 - 小鼠的視覺(jué)皮層，而不是人類的顳葉。

萊因說(shuō)這些都是公平的擔(dān)憂。然而，他指出，之前的研究表明單核的遺傳結(jié)果與全細(xì)胞的結(jié)果相匹配，后續(xù)研究將重點(diǎn)關(guān)注皮質(zhì)細(xì)胞的多樣性。

“我們正在繼續(xù)觀察皮質(zhì)的其他部分，”他說(shuō)。

未來(lái)的研究能否識(shí)別出能夠提高認(rèn)知能力的獨(dú)特人腦細(xì)胞?

“最終我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有一些高度專業(yè)化的類型，但我希望它們來(lái)自預(yù)先存在的類型，”Lein說(shuō)。“盡管基于相同的架構(gòu)，你的細(xì)胞會(huì)變得更加復(fù)雜。事實(shí)上，對(duì)于很多這些人體細(xì)胞來(lái)說(shuō)，情況確實(shí)如此。他們更大，他們更復(fù)雜，他們以不同的方式開(kāi)火。“

鼠標(biāo)大腦和人類大腦的基本構(gòu)建塊可能類似，但這些構(gòu)建塊可以采用截然不同的功能。

“只是一個(gè)預(yù)告片，但我們現(xiàn)在看到的例子，”萊因說(shuō)。