Исследование показывает небольшие, но значимые различия в мозге приматов — человека, обезьян и мартышек

Хотя физические различия между человеком и другими приматами очевидны, новое исследование показывает, что их мозг может быть поразительно похож. Тем не менее, самые незначительные изменения могут приводить к большим различиям в развитии и психических расстройствах.

Понимание молекулярных различий, делающих человеческий мозг уникальным, может помочь исследователям изучать нарушения в его развитии. Новое исследование, недавно опубликованное в журнале Science командой, включающей профессора нейробиологии Университета Висконсин-Мэдисон Андре Соузу, изучает различия и сходства клеток в префронтальной коре — самой передней области мозга, играющей центральную роль в высших когнитивных функциях — у человека и других приматов, таких как шимпанзе, макаки-резусы и мартышки.

Клеточные различия между этими видами могут пролить свет на этапы их эволюции и на то, как эти различия могут быть связаны с расстройствами, наблюдаемыми у людей, такими как аутизм и умственная отсталость. Соуза, изучающий биологию развития мозга в Центре Вайсмана UW–Madison, решил начать с изучения и классификации клеток префронтальной коры в сотрудничестве с лабораторией Йельского университета.

"Мы исследуем дорсолатеральную префронтальную кору, потому что она особенно интересна. Эта область коры существует только у приматов. Её нет у других видов", — говорит Соуза. — "Она связана с несколькими важными функциями высшего познания, такими как рабочая память. Она также вовлечена в несколько нейропсихиатрических расстройств. Поэтому мы решили провести это исследование, чтобы понять, что уникального в этой области мозга у человека".

Соуза и его лаборатория собрали генетическую информацию более чем от 600 000 клеток префронтальной коры из образцов тканей человека, шимпанзе, макак и мартышек. Они проанализировали данные, чтобы классифицировать клетки по типам и определить различия в похожих клетках у разных видов. Как и ожидалось, подавляющее большинство клеток были довольно сопоставимы.

"Большинство клеток на самом деле очень похожи, потому что эти виды относительно близки в эволюционном плане", — говорит Соуза.

Соуза и его коллеги обнаружили пять типов клеток в префронтальной коре, которые отсутствовали у всех четырёх видов. Они также нашли различия в количестве определённых типов клеток, а также разнообразие среди сходных популяций клеток у разных видов. При сравнении шимпанзе и человека различия кажутся огромными — от внешнего вида до возможностей мозга. Но на клеточном и генетическом уровне, по крайней мере в префронтальной коре, сходств много, а различий мало.

"Наша лаборатория действительно хочет знать, что уникального в человеческом мозге. Очевидно, из этого исследования и нашей предыдущей работы, большая часть на самом деле одинакова, по крайней мере, среди приматов", — говорит Соуза.

Незначительные различия, обнаруженные исследователями, могут стать началом определения некоторых из этих уникальных факторов, и эта информация может привести к открытиям о развитии и нарушениях развития на молекулярном уровне.

"Мы хотим знать, что произошло после эволюционного разделения человека и других приматов", — говорит Соуза. — "Идея в том, что происходит мутация в одном или нескольких генах, и теперь эти гены имеют немного другие функции. Но если эти гены важны для развития мозга, например, для того, сколько клеток определённого типа производится, или как клетки соединяются друг с другом, как это влияет на нейронные цепи и их физиологические свойства? Мы хотим понять, как эти различия приводят к различиям в мозге, а затем — к различиям, которые мы можем наблюдать у взрослых".

Наблюдения исследования проводились на мозге взрослых особей, после того как большая часть развития завершена. Это означает, что различия могут возникать в процессе развития мозга. Поэтому следующий шаг исследователей — изучить образцы развивающегося мозга и расширить область исследования за пределы префронтальной коры, чтобы потенциально найти, где и когда возникают эти различия. Надежда заключается в том, что эта информация заложит более прочную основу для исследований нарушений развития.

"Мы способны на необыкновенные вещи, верно? Мы изучаем саму жизнь, вселенную и многое другое. И это действительно уникально, если оглядеться", — говорит Соуза, в команду которого входили аспиранты Райан Рисгаардс и Захари Гомес-Санчес, стажёр-исследователь Даниэль Шмидт, а также студенты бакалавриата Ашвин Дебнат и Кейд Хоттман. — "Если у нас есть эти уникальные способности, это должно быть что-то в мозге, верно? В мозге есть что-то, что позволяет нам делать всё это, и нам очень интересно узнать, что это".