После некоторого молчания авторы проекта Blue Brain Project из Федеральной политехнической школы Лозанны выложили обновление цифрового 3D-атласа клеток мозга мыши, значительно дополнив информацией и расширив первую версию. Сюда вошло больше литературных данных о морфо-функциональных особенностях различных областей мозга, которые удалось «добыть», используя новые, более совершенные инструменты. Подробности опубликованы в журнале PLOS Computational Biology.
Credit: Blue Brain Project / EPFL
Первую версию атласа исследователи представили в 2018 году. Конечная цель и «голубая мечта» самого проекта – через уточнение специфического состава клеток мозга определить роль каждого типа в мозговых сетях и раскрыть их взаимодействия, построив в итоге полную крупномасштабную симуляцию мышиного мозга. В той модели содержались данные о средней плотности нейронов и связанных с ними глиальных клеток для каждого региона, и все это было представлено в удобном для навигации динамическом формате, позволяя другим исследователям вносить новые данные.
Однако несмотря на то что в первой версии содержалась информация об основных типах клеток, их количестве и расположении в более чем 700 областях мозга мыши, эта модель все равно была далека от реальности, даже с точки зрения основных глиальных клеток.
В последние годы появились новые наборы данных и инструменты, позволяющие определять состав клеток на основе экспрессируемых в клетках специфических генов, которые становятся основой для специфических белков. Эти методы молекулярной маркировки сравнительно быстры, но они сами по себе не всегда дают полезную информацию о морфологии (форме) и электрофизиологических свойствах нейронов.
В свою очередь, характеристика морфо-электрических свойств клеток занимает чрезвычайно много времени и памяти (петабайты информации) и не подходит для моделирования всего мозга. Поэтому желательно объединить все доступные на сегодняшний момент наборы данных, чтобы создать единую согласованную структуру с максимально подробной информацией, такой, насколько это возможно.
Это и было сделано в новой версии 3D-атласа, с учетом нормализации и детальной проработки всех «подводных камней». Особенное внимание ученые уделили тормозным нейронам, которые, по словам авторов, работают как нейронные знаки препинания и позволяют мозгу осмысливать поступающую информацию.
Оценки количества тормозных нейронов были собраны из литературы, и с помощью разработанного командой программного обеспечения все данные нормализовали и последовательно объединили в атлас клеток. Используя изображения срезов мозга, ученые также оценили плотность тормозящих нейронов даже в тех регионах мозга, по которым литературные данные отсутствовали. В общей сложности авторы показали, что в мозге мыши 20% всех нейронов представляют собой тормозные.
«Эта версия атласа охватывает четыре года исследований и включает дополнительные сведения, связанные с биологическими данными, которые делают результаты более поддающимися моделированию. Использование другими учеными нашего атласа для моделирования позволяет нам определять области для дальнейшей доработки, тем самым улучшая его с каждым последующим поколением», — считает Дэниел Келлер (Daniel Keller), руководитель группы молекулярных систем Blue Brain.
Текст: Анна Хоружая
Mapping of morpho-electric features to molecular identity of cortical inhibitory neurons by Yann Roussel et al. in PLOS Computational Biology. Published January 2023. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1010058
https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1010058