Требуется много связей для создания человеческого интеллекта. Функция мозга зависит от взаимосвязи между несколькими областями мозга. Чтобы изучить, как это соединение возможно — и как оно может пойти не так, — международные исследователи во главе с Токийским университетом (University of Tokyo) разработали рабочую модель мозгового тракта в лаборатории. Это может помочь ответить на вопросы о том, как долго формируются связи в мозге, и, в конечном счете, как тракты объединяют отдельные когнитивные задачи в единый интеллект. Результаты исследования опубликованы в научном журнале iScience.
Актуальность проблемы
Кора делится на области нейронов с различными функциями, такими как создание или обработка речи, движения, зрение и т.д. Эти корковые области взаимодействуют через мозговые тракты, образованные пучками тонких и длинных отростков нервных клеток, называемых аксонами.
Материалы и методы обследования
Под руководством автора исследования Йошихо Икеучи (Yoshiho Ikeuchi), ученые выращивали сфероиды нейронов, имитируя кору головного мозга, используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) человека. Когда 2 сфероида были размещены на двух концах микроустройства, аксоны начали вытягивать навстречу друг другу вдоль узкого канала, разделяющего их.
Результаты научной работы
«Через 25 дней оба отростка аксонов достигли всего канала, и 2 кортикальных сфероида были соединены», — говорит Икеучи. «Мы знаем, что это была функциональная электрическая связь, потому что, если бы один сфероид был электрически стимулирован, другой отреагировал бы через короткую задержку. Это напоминает ситуацию в настоящем мозге, где отдаленные области взаимодействуют во время познания».
Развитие мозга является сложным, и на самом деле мозговые тракты росли только при правильных обстоятельствах. Когда один конец микроустройства был пуст, аксоны все еще появлялись из нейронов на другом конце, но значительно менее эффективно. Размещение такого предмета, как стеклянная бусина, на пустом конце ничего не улучшило.
«Сфероиды, способствующие росту друг друга, очень интересны», — говорит Икеучи. «Это подразумевает, что противоположные аксоны взаимно направляют друг друга, соединяя две группы нейронов. Это может помочь объяснить, как взаимные связи образуются между отдаленными областями мозга, иногда даже между различными полушариями».
Известно, что ген L1CAM необходим для формирования мозгового тракта. Когда L1CAM был подавлен в сфероидах, многие из аксонов не смогли собраться в пучок. Это говорит о том, что модель может быть использована для изучения не только нормальной мозговой ткани, но и нарушений развития мозгового тракта.
Выводы
В будущем группа предлагает превзойти существующую систему, создав устройство, которое расширяется по мере роста кортикальных сфероидов — точно так же, как череп становится больше в детстве. Однако пока результаты показывают, что стволовые клетки можно использовать для создания реалистичных моделей нейронов, аксонов и их скоординированного роста. Это открывает возможность для глубокого понимания того, как работает молодой мозг.
Авторы другого исследования утверждают, что уменьшить отек мозга после инсульта поможет ген TRIM9.
