Учёные пытались классифицировать нейроны с самого их открытия, причём классификацию пробовали проводить по самым разным признакам: морфологии, функциям, электрофизиологическим свойствам. Однако с приходом в нейронауки вездесущей молекулярной биологии, особенно такого модного и популярного нынче метода, как секвенирование РНК одиночных клеток, стало ясно, что в действительности разнообразие нейронов на молекулярном уровне существенно больше, чем мы могли бы себе представить. Ещё более невероятным кажется то, как столь тонкая дифференцировка происходит в ходе развития. Пока что наши знания о молекулярной биологии нервной ткани очень скупы, но уже удалось понять, что механизмы, ответственные за дифференцировку, очень консервативны среди животных – от насекомых до человека. Ещё стало понятным, что для определения судьбы нейрона, то есть его молекулярного статуса и функций, существенны два фактора: его местоположение и время дифференцировки.
Вся нервная система начинается с небольшого слоя нейроэпителиальных клеток, которые поначалу делятся симметричными делениями, в результате которых получаются абсолютно одинаковые клетки-предшественницы. Именно эти клетки, поделившись ещё несколько раз, дают начало нейронам и глиальным клеткам (кроме микроглии). Важно, что, хотя при каждом делении одна из дочерних клеток превращается в нейрон или клетку глии, другая дочерняя клетка сохраняет «первобытное» недифференцированное состояние своей прародительницы. Так происходит и в случае апикальной радиальной глии (подробнее о видах глиальных клеток можно прочитать в нашей отдельной статье), которая, похоже, и ответственна за значительно более выраженное развитие коры у приматов по сравнению с прочими млекопитающими. Похожая ситуация имеет место в случае нейробластов плодовой мушки дрозофилы. Нейробласты делятся несколькими асимметричными делениями, давая начало разным видам нейронов и глиальных клеток.
Примечательно, что ключевые механизмы дифференцировки нейронов принципиально одинаковы и у человека, и у мухи. Два важнейших обстоятельства, от которых зависит судьба нейрона – это время, в которое он отделился от клетки-предшественницы, и зона мозга, в которой это произошло. Оказалось, что при последовательных делениях предшественников нейронов и глиальных клеток включаются и выключаются гены, кодирующие определённые транскрипционные факторы. Поскольку каждый транскрипционный фактор запускает экспрессию определённого набора генов, периодически возникают нейроны, имеющие уникальный набор транскрипционных факторов и экспрессирующие уникальный набор генов, который и определяет их функциональную специализацию. Более того, набор транскрипционных факторов, экспрессируемых данным нейроном или клеткой-предшественником, зависит от того, в какой области развивающегося мозга они находятся. Конкретные транскрипционные факторы, ответственные за специализацию определённых типов нейронов, пока идентифицированы лишь в небольшом количестве случаев. Не совсем понятно также, чем именно различаются функции нейронов с разными наборами транскрипционных факторов. Однако можно надеяться, что мы уже имеем хотя бы самое общее представление о том, как именно определяется судьба многочисленных нейронов в мозге и человека, и низших животных.