Недавнее исследование выявило связь между сотнями белков мозга и различиями в их взаимодействии, демонстрируя, как микромолекулы влияют на макромасштабные связи мозга. Исследователи проанализировали образцы и снимки мозга пожилых участников, чтобы составить карту биохимических механизмов, влияющих на структурные и функциональные связи мозга.
Объединение данных о белках и РНК с нейровизуализацией
Объединив данные о белках и РНК с нейровизуализацией, ученые определили ключевые белки, связанные с взаимодействием между областями мозга. Дендритные шипы — структуры нейронов — служили важным мостом, соединяющим молекулярные данные с сетями всего мозга.
Результаты исследования
Результаты проливают свет на сложную многоуровневую архитектуру, поддерживающую функцию человеческого мозга. Исследование может проложить путь к новым подходам в понимании нейродегенеративных заболеваний.
Цель нейробиологии
Давняя цель нейробиологии — понять, как молекулы и клеточные структуры на микроуровне обеспечивают связь между областями мозга на макроуровне.
Идентификация белков мозга
Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, впервые идентифицирует сотни белков головного мозга, которые объясняют межиндивидуальные различия в функциональных связях и структурных ковариациях в человеческом мозге.
Интеграция данных
Главная цель нейробиологии — развить понимание работы мозга, которое в конечном итоге описывает механистическую основу человеческого познания и поведения. Исследование демонстрирует возможность интеграции данных из различных биофизических масштабов для обеспечения молекулярного понимания связей человеческого мозга.
Преодоление разрыва в масштабах
Преодоление разрыва от молекулярного масштаба белков и мРНК до общемозгового масштаба нейровизуализации стало возможным благодаря проекту «Быстрая память и старение» (РОСМАП) в Университете Раша, Чикаго.
Участники исследования РОСМАП
В РОСМАП набираются католические монахини, священники и братья в возрасте 65 лет и старше, у которых на момент регистрации не было выявлено слабоумия. Участники ежегодно проходят медицинское и психологическое обследование и соглашаются пожертвовать свой мозг после смерти.
Методы исследования
Херсковиц, Гайтери и коллеги изучили посмертные образцы мозга и данные уникальной группы из 98 участников РОСМАП. Типы данных включали фМРТ в состоянии покоя, структурную МРТ, генетику, морфометрию дендритного позвоночника, протеомику и измерения экспрессии генов в верхней лобной извилине и нижней височной извилине головного мозга.
Интеграция молекулярных и субклеточных данных
Основываясь на стабильности паттернов функциональных связей внутри отдельных людей, ученые предположили, что можно объединить посмертные молекулярные и субклеточные данные с прижизненными данными нейровизуализации одних и тех же людей, чтобы определить приоритет молекулярных механизмов, лежащих в основе связей мозга.
Средний возраст участников
Средний возраст участников РОСМАП на момент МРТ и на момент смерти составлял 88 ± 6 лет и 91 ± 6 лет соответственно, со средним временным интервалом между МРТ и возрастом на момент смерти 3 ± 2,2 года.
Посмертный интервал
Средний посмертный интервал до забора образцов мозга составил 8,5 ± 4,6 часов. В ходе исследования ученые выполнили детальную характеристику каждого типа данных и интегрировали их с помощью алгоритмов вычислительной кластеризации.
Ключ к исследованию
Ключом к исследованию было использование морфометрии дендритных шипов для связи молекулярного масштаба со масштабом нейровизуализации всего мозга. Интеграция морфометрии дендритных шипов имела решающее значение для обнаружения ассоциации белков с функциональной связностью.
Заключение
Исследование показало, что получение данных на различных уровнях нейробиологии человека из одной и той же группы мозга является основополагающим для понимания поддержки функции человеческого мозга на нескольких биофизических уровнях. Хотя будущие исследования необходимы для полного определения масштабов и компонентов многомасштабной синхронизации мозга, ученые установили четко определенный первоначальный набор молекул, эффекты которых, вероятно, резонируют в биофизических масштабах.
Литература.
“Integration across biophysical scales identifies molecular and cellular correlates of person-to-person variability in human brain connectivity” by Jeremy Herskowitz et al. Nature Neuroscience
