Человеческий мозг остаётся одной из самых сложных систем во Вселенной. Миллиарды нейронов, соединённых триллионами связей, обеспечивают наше мышление, память, эмоции и сознание. Понять, как именно формируются эти сложнейшие сети в ходе развития, долгое время было крайне трудно — ведь «живой» человеческий мозг недоступен для прямого наблюдения на ранних стадиях.
Теперь международная команда под руководством специалистов из Университета Нагоя сделала важный шаг вперёд: им удалось в лабораторных условиях воссоздать ключевые элементы взаимодействия между таламусом и корой головного мозга — структурами, которые играют центральную роль в организации высших когнитивных функций.
Отдельные «островки» мозга соединили в единую систему
Исследователи использовали технологию органойдов — миниатюрных трёхмерных моделей органов, выращенных из человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток). Сначала они отдельно вырастили:
- корковые органойды (моделирующие кору больших полушарий),
- таламусные органойды (имитирующие таламус — «распределительный центр» мозга).
Затем эти две структуры аккуратно соединили, получив так называемые ассемблоиды — гибридные модели, в которых таламус и кора могут взаимодействовать почти так же, как в развивающемся мозге плода.
Через некоторое время из таламуса в кору начали активно расти аксоны (длинные отростки нейронов), а обратно — из коры в таламус. Между ними сформировались настоящие синапсы — точки химической передачи сигнала.
Таламус оказался «дирижёром» созревания коры
Самое интересное открытие: таламус не просто пассивно принимает сигналы — он активно управляет развитием коры. Специфические импульсы, идущие из таламуса, вызывают синхронизированную активность строго определённых типов корковых нейронов:
- пирамидных трактовых (pyramidal tract),
- кортико-таламусных (corticothalamic).
При этом другие популяции нейронов (например, интрателенцефалические) остаются практически незатронутыми — таламус действует очень избирательно.
Такая направленная синхронизация ускоряет общее созревание корковой ткани. В ассемблоидах нейроны демонстрируют более зрелые паттерны электрической активности, более сложную форму и экспрессию генов, характерную для поздних стадий развития, по сравнению с изолированными корковыми органойдами.
Реальное время наблюдения за «мозговыми волнами»
Благодаря современным методам многоканальной регистрации активности учёные в реальном времени наблюдали, как таламус генерирует волнообразные вспышки, которые затем распространяются по коре, организуя согласованную работу целых нейронных ансамблей.
Это первый случай, когда удалось столь детально проследить, как именно таламус «учит» кору правильно формировать функциональные сети.
Зачем это нужно науке и медицине
Полученная модель гораздо ближе воспроизводит реальные процессы развития человеческого мозга, чем прежние упрощённые органойды. Теперь исследователи могут:
- изучать, как нарушения таламо-кортикальных связей приводят к расстройствам (шизофрения, аутизм, эпилепсия и др.);
- тестировать влияние лекарств на формирование этих связей;
- лучше понимать, почему именно таламус играет столь важную роль в организации сознания и внимания.
Работа также открывает путь к созданию ещё более сложных «мозгов-на-чипе» — многорегиональных ассемблоидов, которые смогут моделировать целые отделы мозга и их взаимодействие.
Что дальше
Конечно, лабораторный ассемблоид — это всё ещё очень упрощённая модель. В нём отсутствует множество других структур (мозжечок, гиппокамп, базальные ганглии), нет кровеносных сосудов, иммунной системы и многих других факторов. Тем не менее, это уже значительный прорыв в понимании того, как таламус «режиссирует» созревание коры.
Исследование проводилось под руководством профессора Фумитаки Осакады и аспиранта Масатоши Нисимуры из Высшей школы фармацевтических наук Университета Нагоя. Результаты опубликованы в начале 2026 года и уже вызвали большой интерес у нейробиологов всего мира.
Маленькие комочки клеток в чашке Петри продолжают рассказывать нам о том, как рождается самое сложное, что есть у человека — его разум.