近日，美國艾倫腦科學(xué)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(lèi)大腦皮層的細胞結構，它對于理解我們的認知能力和對疾病的易感性至關(guān)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(lèi)與小鼠腦細胞類(lèi)型之間超高分辨率的比較結果，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(wàn)年的進(jìn)化距離。通過(guò)與小鼠的類(lèi)似腦區比較，研究人員發(fā)現了二者在結構和細胞類(lèi)型方面的相似性，但也存在相當多的差異。這強調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(xué)研究所的研究員Ed Lein說(shuō)：“正如我們可以通過(guò)ancestry.com或23andMe等服務(wù)，利用基因構建我們的家族樹(shù)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(jìn)化的故事。就像警方能利用基因數據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(gè)基線(xiàn)，可以找到疾病中出錯的細胞。”
小鼠和人類(lèi)腦細胞類(lèi)型的新比較為科學(xué)家們打開(kāi)了一扇大門(mén)，他們可以將幾十年來(lái)在嚙齒類(lèi)動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)研究中獲得的知識推演到我們自己的大腦中。細胞類(lèi)型的排列也突出了我們與嚙齒類(lèi)動(dòng)物之間的關(guān)鍵差異，這可以解釋為什么在小鼠研究中開(kāi)發(fā)的那么多**類(lèi)藥物在人體中不起作用。
美國國家心理健康研究所所長(cháng)Joshua Gordon博士說(shuō)：“這項研究結果非常關(guān)鍵，它讓我們能夠了解小鼠和人類(lèi)之間的共同點(diǎn)和差異性，這將會(huì )產(chǎn)生對**疾病更好的治療。我們最終的目標將是開(kāi)發(fā)出完整的人腦零部件清單。這是一個(gè)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(zhù)主導作用，但研究發(fā)現，在小鼠和人類(lèi)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(kāi)發(fā)出治療抑郁癥和其他與血清素相關(guān)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(lèi)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(lèi)大腦皮層某區域中的75種不同細胞類(lèi)型，在小鼠大腦中具有松散的匹配。這一發(fā)現與人類(lèi)基因組計劃在近20年前揭示的人類(lèi)與小鼠擁有幾乎相同數量的基因相似。
Lein說(shuō)：“許多人會(huì )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。但我們現在有了新方法可以進(jìn)行真正的腦腦對比，從中開(kāi)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(lèi)型的比例存在很多差異。”
圖片來(lái)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(lèi)內側顳葉（大腦顳葉的一部分）中篩選近16000個(gè)細胞。
這項研究依賴(lài)于那些為科學(xué)捐獻大腦的人死后的腦組織和接受過(guò)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在正在研究覆蓋大腦更多區域的腦細胞類(lèi)型。
如果我們與小鼠的腦細胞既相同又不同，這聽(tīng)起來(lái)非常令人困惑，那么想想哺乳動(dòng)物四肢的多樣性吧。我們的手、蝙蝠的翅膀和鯨魚(yú)的鰭都是由同樣的基因構建的，但這些結構在外觀(guān)和功能上都截然不同。除了血清素受體的發(fā)現，該研究還揭示了與神經(jīng)元連接方式相關(guān)的基因表達的巨大變化，這意味著(zhù)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(xué)家兼艾倫腦科學(xué)研究所所長(cháng)Christof Koch博士說(shuō)：“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(diǎn)是，我們的進(jìn)化具有巨大的連續性，另外還有，我們是獨一無(wú)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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