Podrobný atlas růstu mozku u myší nabízí pohled na vývoj mozku

Růst a dozrávání mozku nepostupuje lineárně, po krocích. Místo toho je to dynamická, choreografická sekvence, která se mění v reakci na genetiku a vnější podněty, jako je zrak a zvuk. Toto je první růstový graf s vysokým rozlišením, který vysvětluje změny klíčových typů mozkových buněk ve vyvíjejícím se myším mozku, vedený týmem z Penn State College of Medicine a Allen Institute for Brain Science.

Pomocí pokročilých zobrazovacích technik vědci zkonstruovali sérii 3D atlasů, které jsou jako časosběrné mapy mozku během prvních dvou týdnů po narození a nabízejí jedinečný pohled na kritické období vývoje mozku. Je to mocný nástroj k pochopení zdravého vývoje mozku a neurovývojových poruch, vysvětlili vědci.

studium, zveřejněno v Příroda komunikacetaké podrobně popsal, jak se oblasti mozku mění v objemu, a vysvětlil posun v hustotě klíčových typů buněk v nich.

„Rozlišení stávajících grafů růstu mozku je špatné, jako rozmazaná fotografie. Vytvořili jsme a růst mozku grafu v rozlišení jednotlivých buněk. Je to jako fotografie ve vysokém rozlišení, kde se detaily zdají ostré a zaostřené,“ řekl Yongsoo Kim, profesor neurovědy a experimentální terapie na Penn State College of Medicine a hlavní autor článku.

Myší mozek je savčí model pro lidský mozek s podobnou chemií mozku a nervovými obvody konzervovanými mezi oběma. Tato časná postnatální fáze u myší je zhruba ekvivalentní klíčovému vývojovému období mezi pozdním těhotenstvím a raného dětství u lidí, vysvětlili vědci. Nejen, že během tohoto okna mozek rychle dozrává, ale také když mozek začíná reagovat a přizpůsobovat se vnějším podnětům, jako je zrak a zvuk, a formuje, kde se mozek zvětšuje v objemu a jak je mozek zapojen.

„To je také případ, kdy se mnoho neurovývojových poruch líbí porucha autistického spektrazačít se odvíjet. Tyto poruchy mohou vznikat jak z genetických, tak z environmentálních rizikových faktorů, ale pokud se problém objeví během časné postnatální fáze, může se rozšířit jako vývoj mozku pokračuje,“ řekl Kim. „Oblasti s nejrychlejší expanzí budou pravděpodobně nejzranitelnější.“

Vědci zachytili snímky celého myšího mozku každý druhý den od postnatálního dne čtyři až dva týdny, aby vytvořili 3D růstový graf s vysokým rozlišením. Použili sériovou dvoufotonovou tomografii, pokročilou zobrazovací techniku, která skenuje celý mozek s mikroskopickými detaily. Tato technika umožňuje vědcům vizualizovat jednotlivé buňky v jejich přesné poloze v mozku.

Růst není rovnoměrný v celém mozku, podle vědců. Zjistili, že mozeček nejvíce zvětšil objem během časného postnatálního období. Jedná se o část mozku v zadní části hlavy, která dolaďuje pohyb, koordinuje rovnováhu a podílí se na některých kognitivních funkcích.

Vědci také studovali dva specifické typy buněk, které hrají klíčovou roli při utváření obvodů, které přenášejí a zpracovávají informace v mozku. Sledovali, jak se hustota těchto typů buněk změnila v různých oblastech mozku, aby lépe porozuměli normální trajektorii vývoje mozku.

GABAergické neurony jsou inhibiční nervové buňky, které fungují jako brzdy v mozku a hrají klíčovou roli v komunikaci v mozku. Kim to vysvětlil neurovývojové poruchy jsou často spojovány s poškozenými brzdovými systémy, a proto tým chtěl vidět, jak se typy buněk GABA obývají v mozku.

Pozorovali, že hustota GABAergních neuronů se významně snížila v kortexu – nejvzdálenější oblasti mozku – a stabilizovala se kolem 12. dne po narození. Naproti tomu hustota těchto neuronů se výrazně zvýšila ve striatu, což je struktura v hlubokém mozku zapojená do pohybu a odměny. Zjištění naznačují, že vývoj a populace těchto buněk je dynamický a pokračuje i po narození.

Druhým typem buněk, které zkoumali, jsou mikroglie, imunitní buňky mozku. Kim popsal tyto buňky jako podobné zahradníkům. Jejich hlavní úlohou během vývoje je ořezávat buňky a zbytečná spojení, tvarovat a dolaďovat mozkovou elektroinstalaci.

Microglia také ukázala výrazný posun. Až do osmého dne po narození jsou tyto buňky silně osídleny v bílé hmotě mozku, tkáni, která se skládá z velkých sítí nervových vláken, které usnadňují komunikaci mezi různými částmi mozku. Kolem 10. dne po narození se populace mikroglií v bílé hmotě dramaticky snižuje a začíná se rozšiřovat v šedé hmotě mozku, která se skládá především z nervových buněk.

Mikroglie se také objevují v hustěji osídlených oblastech, které zpracovávají senzorické informace v době, kdy se myším začnou otevírat oči a uši. Zatímco Kim řekla, že ještě neznají význam tohoto posunu, naznačuje to, že mikroglie se mohou zapojit do dozrávání mozku v reakci na vnější podněty zažité po narození, jako zrak a zvuk.

Tým také vytvořil veřejně dostupný, interaktivní verze atlasů a růstových grafů pro usnadnění sdílení dat a spolupráce.

„Skutečný význam tohoto dokumentu spočívá v tom, že poskytujeme prostorový rámec, takže ostatní lidé mohou začít provádět integrační analýzu na vysoké úrovni, která kombinuje molekulární, buněčná a prostorová data, aby poskytla úplnější obrázek o mozku a vývoji,“ řekl Kim.