15:00 
Исследователи из Института нейровизуализации и информатики Марка и Мэри Стивенс (Stevens INI) Медицинской школы Кека Университета Южной Калифорнии выявили ранее неизвестную модель организации в одной из наиболее важных областей мозга, отвечающих за обучение и память. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что область CA1 гиппокампа мыши, структура, жизненно важная для формирования памяти, пространственной навигации и эмоций, имеет четыре различных слоя специализированных типов клеток. Это открытие меняет наше понимание того, как информация обрабатывается в мозге, и может объяснить, почему определенные клетки более уязвимы при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и эпилепсия.
Исследователи давно подозревали, что разные части области CA1 гиппокампа отвечают за разные аспекты обучения и памяти, но не было ясно, как устроены лежащие в их основе клетки».
Майкл С. Бьенковски, доктор философии, старший автор исследования и доцент кафедры физиологии и нейронауки и биомедицинской инженерии
"Наше исследование показывает, что нейроны CA1 организованы в четыре тонкие непрерывные полосы, каждая из которых представляет отдельный тип нейронов, определяемый уникальной молекулярной сигнатурой. Эти слои не зафиксированы на месте; вместо этого они слегка смещаются и меняют толщину по длине гиппокампа. Этот шаблон смещения означает, что каждая часть CA1 содержит свою собственную смесь типов нейронов, что помогает объяснить, почему разные регионы поддерживают разное поведение. Это также может прояснить, почему определенные нейроны CA1 более уязвимы при таких состояниях, как болезнь Альцгеймера и эпилепсия: если заболевание поражает тип клеток одного слоя, последствия будут варьироваться в зависимости от того, где в CA1 этот слой наиболее заметен».
Используя мощный метод маркировки РНК, называемый RNAscope, с микроскопией высокого разрешения, команда получила четкие снимки экспрессии генов одной молекулы, чтобы идентифицировать типы клеток CA1 внутри ткани мозга мыши. 58.065 пирамидальных клеток CA1, они визуализировали более 330 000 молекул РНК — генетических сообщений, которые показывают, когда и где активируются гены. Отслеживая эти закономерности активности, исследователи создали подробную карту, показывающую границы между различными типами нервных клеток в области CA1 гиппокампа.
Результаты показали, что область CA1 состоит из четырех непрерывных слоев нервных клеток, каждый из которых отмечен отдельным набором активных генов. В 3D эти слои образуют листы, которые слегка различаются по толщине и структуре по длине гиппокампа. Этот четкий многослойный рисунок помогает понять более ранние исследования, которые рассматривали этот регион как более постепенное смешение или мозаику типов клеток.
"Когда мы визуализировали структуры генной РНК с разрешением одной клетки, мы могли видеть четкие полосы, как геологические слои в горной породе, каждый из которых представляет отдельный тип нейронов", - сказал Марикармен Пачикано, докторант из Стивенса. Центр интегративной коннектомики INI и соавтор статьи: «Это похоже на приоткрытие завесы над внутренней архитектурой мозга. Эти скрытые слои могут объяснить различия в том, как гиппокампальные цепи поддерживают обучение и память».
Гиппокамп является одним из первых регионов, поражаемых при болезни Альцгеймера, а также участвует в эпилепсии, депрессии и других неврологических состояниях. Раскрывая многоуровневую структуру CA1, исследование предоставляет план действий для изучения того, какие конкретные типы нейронов наиболее уязвимы при этих расстройствах.
«Подобные открытия служат примером того, как современные методы визуализации и Наука о данных может изменить наш взгляд на анатомию мозга», — сказал Артур В. Тога, доктор философии, директор Стивенса INI и кафедры нейробиологии имени Гады Ирани в Медицинской школе Кека Университета Южной Калифорнии. «Эта работа опирается на давнюю традицию Стивенса INI по картированию мозга во всех масштабах, от молекул до целых сетей, и будет служить основой как для фундаментальных нейронаук, так и для трансляционных исследований, нацеленных на память и познание».
Новый CA1 Атлас клеточных типов, созданный с использованием данных из Атласа экспрессии генов гиппокампа (HGEA), доступен бесплатно для мирового исследовательского сообщества. Набор данных включает в себя интерактивные 3D-визуализации, доступные через приложение дополненной реальности Schol-AR, созданное в Stevens INI, которое позволяет ученым исследовать слои гиппокампа с беспрецедентной детализацией.
Потому что эта многоуровневая структура у мышей напоминает то, что наблюдалось в мозге приматов и человека. Изменение толщины региона CA1 — исследователи считают, что это может быть общей чертой мозга многих млекопитающих. Хотя для подтверждения этой организации у людей необходимы дополнительные исследования, это открытие обеспечивает многообещающую основу для будущих сравнительных и трансляционных исследований того, как архитектура гиппокампа поддерживает память и познание.
«Понимание того, как эти слои связаны с поведением, является следующим рубежом», — сказал Бьенковски.
