神經科學家發(fā)布了大腦的零件清單 詳細說明了老鼠和人類之間的差異

由西雅圖艾倫腦科學研究所的研究人員領導的一項研究為大腦提供了一個“零件清單”，包括詳細了解人類大腦和小鼠大腦各部分之間的差異。

他們說，今天在“自然”雜志上發(fā)表的遺傳結果表明，依靠老鼠來研究男性和女性的大腦是如何工作的，可能會導致神經科學家失明。

“答案可能是你必須去與人類更相似的物種，”艾倫研究所的調查員埃德萊因告訴GeekWire。

并不是基本的零件清單完全不同：研究人員發(fā)現(xiàn)，基于遺傳構成的人類大腦中鑒定的75種不同細胞類型中的大多數(shù)也存在于小鼠大腦中。

這種共性甚至適用于科學家以前認為可能是獨特人類的細胞，例如 去年發(fā)現(xiàn)的“玫瑰果神經元”。

但這些基因的表達方式存在顯著差異 - 這些差異已發(fā)展超過7500萬年的進化。“基因本身并沒有真正改變，但他們的監(jiān)管可以改變很多，”萊因說。

Lein對電子電路進行了比較，所有電子電路都由基本元件組成，如電容器，電阻器和電感器。雖然手表和超級計算機可能使用相同的基本元件，但它們的接線圖卻大不相同。類似地，鼠標腦和人腦的“接線圖”的結構不同。

一個臨床上重要的問題涉及5-羥色胺受體，它們是治療抑郁和焦慮的主要目標之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，在使用血清素傳遞信號的機制中，小鼠和人類之間存在顯著差異。

Lein說，這一發(fā)現(xiàn)“應該對使用小鼠作為模型生物來研究影響血清素信號傳導的事物產生一定的疑問。”

基因表達的最大差異在皮質神經元中沒有發(fā)現(xiàn)，正如預期的那樣，但在不同類型的腦細胞中稱為小膠質細胞。這些細胞被認為是大腦的“免疫系統(tǒng)”，它們的功能障礙似乎在阿爾茨海默病等腦部疾病中發(fā)揮著關鍵作用。(一項關于這種聯(lián)系的研究于今天在Nature Communications上發(fā)表。)

Lein說，新發(fā)表的研究表明，艾倫研究所基于基因表達對腦細胞進行分類的技術可以揭示出比眼睛更深入的差異和相似之處。

“現(xiàn)在我們可以深入到這個非常非常精細的分辨率，這比以前任何人都意識到的要復雜得多。......我們正在做Ancestry.com或23andMe正在做的事情，但現(xiàn)在對于細胞而不是人，“他解釋道。“現(xiàn)在我們測量的是在個體細胞中活躍的基因的表達，而不是測量DNA，看看你有哪些等位基因產生特定的特征，如眼睛的顏色或頭發(fā)的顏色或高度。”

加州大學舊金山分校的神經科學家Matthew Keefe和Tomasz Nowakowski在同一篇自然出版的同伴作品中使用了不同的類比。他們稱這項研究為人類大腦皮層中神經細胞類型的分子配方提供了“食譜”。

Keefe和Nowakowski指出他們所說的有幾個缺點。

首先，通過不同方法獲得數(shù)據(jù)集：對于小鼠，對整個細胞進行分析。對于人類，研究小組分析了死亡后收獲的腦細胞的單核，或從手術中切除的組織中提取的核。(這些手術是在西雅圖的瑞典神經科學研究所，華盛頓大學醫(yī)學中心和Harborview醫(yī)學中心完成的。)

此外，細胞取自皮質的不同區(qū)域 - 小鼠的視覺皮層，而不是人類的顳葉。

萊因說這些都是公平的擔憂。然而，他指出，之前的研究表明單核的遺傳結果與全細胞的結果相匹配，后續(xù)研究將重點關注皮質細胞的多樣性。

“我們正在繼續(xù)觀察皮質的其他部分，”他說。

未來的研究能否識別出能夠提高認知能力的獨特人腦細胞?

“最終我們可能會發(fā)現(xiàn)有一些高度專業(yè)化的類型，但我希望它們來自預先存在的類型，”Lein說。“盡管基于相同的架構，你的細胞會變得更加復雜。事實上，對于很多這些人體細胞來說，情況確實如此。他們更大，他們更復雜，他們以不同的方式開火。“

鼠標大腦和人類大腦的基本構建塊可能類似，但這些構建塊可以采用截然不同的功能。

“只是一個預告片，但我們現(xiàn)在看到的例子，”萊因說。