Развитие мозга крошечного червя проливает свет на мышление человека

Исследователи из Sinai Health использовали крошечного червя C. elegans для отслеживания изменений мозга животного на протяжении всей жизни. Это дает новое понимание развития человеческого мозга.

В новом исследовании, опубликованном в Nature, ученые из Института Луненфельда-Таненбаума (LTRI) описывают четыре основных паттерна формирования новых связей в мозге нематоды Caenorhabditis elegans (C. elegans).

"Это первый случай, когда структура всего мозга выведена и сравнена на разных стадиях развития — от рождения до взрослой особи", — сказала доктор Мэй Чжэнь, старший научный сотрудник LTRI.

Ученые использовали современные электронные микроскопы для реконструкции полного мозга восьми особей C. elegans, чтобы изучить его изменения с возрастом. Хотя C. elegans — относительно простой организм, многие молекулярные сигналы, контролирующие его развитие, также встречаются у более сложных организмов, включая человека. Их короткий жизненный цикл (всего две недели) делает их удобными для изучения развития.

"Мы изучили каждое соединение для каждого нейрона и обнаружили, что по мере взросления животных добавляется много новых связей. Когда мы проанализировали эти связи как провода в вычислительной сети, мы обнаружили, что новые добавления следуют паттернам, и их коллективные изменения служат одной цели — эффективной обработке информации", — отметила доктор Чжэнь.

Первая карта связей C. elegans была создана Джоном Уайтом и его коллегами из MRC Cambridge более 30 лет назад и представляла собой композит частичных карт нескольких разных червей, включая особи разного возраста.

Исследователи изучили, как структура мозга червя меняется как на уровне отдельных синапсов, так и на уровне общей геометрии. Они обнаружили, что несколько структурных свойств мозга новорожденной особи позволяют точно предсказать паттерны связей зрелого мозга.

"Наше исследование показывает, что разные части мозга имеют разную степень гибкости. Знание того, какая часть мозга обладает большей пластичностью, может помочь ученым разработать стратегии для преодоления генетической уязвимости к заболеваниям во время развития мозга", — сказала доктор Чжэнь.

Помимо выявления ключевых паттернов развития мозга, исследователи также обнаружили существенные различия в связности, которые делают каждый мозг уникальным.

Ученые заметили последовательные изменения связей между разными нейронами, где каждое изменение изменяло силу существующих соединений и, в свою очередь, создавало новые связи, в конечном итоге меняя обработку информации. В ходе развития было обнаружено, что центральная схема принятия решений сохраняется, в то время как сенсорные и моторные пути существенно перестраиваются.