Истраживачи са Института за неуроимаџинг и информатику Марк и Мери Стивенс (Стевенс ИНИ) на Медицинском факултету у Кеку у УСЦ открили су раније непрепознати организациони образац у једном од кључних региона мозга за учење и памћење. Према налазима објављеним у Натуре ЦоммуницатионсЦА1 део хипокампуса миша садржи четири одвојена слоја специјализованих типова ћелија. Хипокампус игра суштинску улогу у формирању сећања, вођењу просторне навигације и утицају на емоције, а откриће ових слојева нуди нови увид у то како се информације крећу кроз овај део мозга. Такође даје назнаке о томе зашто су неке врсте ћелија посебно рањиве у условима као што су Алцхајмерова болест и епилепсија.
„Истраживачи су дуго сумњали да различити делови ЦА1 региона хипокампуса обрађују различите аспекте учења и памћења, али није било јасно како су основне ћелије распоређене“, рекао је др Мајкл С. Биенковски, виши аутор студије и доцент за физиологију и неуронауку и биомедицинско инжењерство.
„Наша студија показује да су ЦА1 неурони организовани у четири танке, непрекидне траке, од којих свака представља другачији тип неурона дефинисан јединственим молекуларним потписом. Ови слојеви нису фиксирани на месту; уместо тога, они се суптилно померају и мењају дебљину дуж дужине хипокампуса. Овај образац померања значи да сваки део ЦА1 садржи сопствену мешавину неурона, што такође помаже да се објасни различито понашање неурона, зашто се може објаснити различито понашање неурона. ЦА1 неурони су рањивији у условима као што су Алцхајмерова болест и епилепсија: ако болест циља тип ћелије једног слоја, ефекти ће варирати у зависности од тога где је у ЦА1 тај слој најистакнутији.“
Снимање РНК високе резолуције открива ћелијске разлике
Да би испитао ову структуру, истраживачки тим је користио технику обележавања РНК названу РНАскоп заједно са микроскопијом високе резолуције. Овај приступ им је омогућио да посматрају експресију гена једног молекула унутар мишјег ЦА1 ткива и идентификују појединачне типове неурона на основу њихових активних гена. Од 58.065 ЦА1 пирамидалних ћелија, научници су забележили више од 330.000 РНК молекула, који представљају генетска упутства која указују када и где се гени експримирају. Мапирањем ових образаца активности гена, они су произвели детаљан ћелијски атлас који оцртава границе између различитих типова нервних ћелија широм ЦА1 региона.
Њихови резултати су показали да ЦА1 садржи четири континуирана слоја нервних ћелија, од којих се сваки разликује по сопственом обрасцу активних гена. Када се посматрају у три димензије, ови слојеви формирају структуре налик плочама које се разликују по дебљини и облику дуж хипокампуса. Овај добро дефинисан аранжман појашњава раније студије које су описивале ЦА1 као мешанију или мозаичнију мешавину типова ћелија.
Скривене „пруге“ истичу унутрашњу архитектуру мозга
„Када смо визуелизовали узорке генске РНК у резолуцији једне ћелије, могли смо да видимо јасне пруге, попут геолошких слојева у стени, од којих свака представља посебан тип неурона“, рекла је Марицармен Пацхицано, докторска истраживачица у Центру за интегративну конектомику Стевенс ИНИ и коаутор рада. „То је као подизање вела на унутрашњој архитектури мозга. Ови скривени слојеви могу објаснити разлике у томе како кола хипокампуса подржавају учење и памћење.“
Пошто је хипокампус један од првих региона погођених Алцхајмеровом болешћу и укључен је у епилепсију, депресију и друга неуролошка стања, идентификација слојевите структуре ЦА1 нуди обећавајући водич за одређивање који типови неурона могу бити највише изложени ризику како ови поремећаји напредују.
Унапређење мапирања мозга са модерним сликама и науком о подацима
„Оваква открића показују како модерна наука о сликама и подацима може да трансформише наш поглед на анатомију мозга“, рекао је др Артур В. Тога, директор Стевенс ИНИ и катедре за неуронауку Гхада Ирани на Медицинској школи Кецк на УСЦ. „Овај рад се заснива на дугој традицији Стевенс ИНИ мапирања мозга на свакој скали, од молекула до читавих мрежа, и информисаће и основну неуронауку и студије транслације које циљају на памћење и спознају.“
Нови атлас типа ЦА1 ћелија доступан истраживачима
Тим је саставио своје налазе у нови атлас ЦА1 ћелијског типа користећи податке из Атласа експресије гена Хипокампуса (ХГЕА). Овај ресурс је бесплатно доступан научницима широм света и укључује интерактивне 3Д визуелизације доступне преко Сцхол-АР апликације проширене стварности развијене у Стевенс ИНИ. Алат омогућава истраживачима да истраже слојевиту структуру хипокампуса до детаља.
Пошто овај слојевити образац код мишева подсећа на сличне аранжмане виђене код примата и људи, укључујући упоредиве варијације у дебљини ЦА1, истраживачи верују да се ова организација може делити међу многим врстама сисара. Потребан је даљи рад да би се утврдило колико се ова структура код људи поклапа са оним што је примећено код мишева, али налази стварају снажну полазну тачку за будуће студије које испитују како архитектура хипокампуса подржава памћење и спознају.
„Разумевање како се ови слојеви повезују са понашањем је следећа граница“, рекао је Биенковски. „Сада имамо оквир за проучавање како специфични слојеви неурона доприносе тако различитим функцијама као што су памћење, навигација и емоције, и како њихов поремећај може довести до болести.“
О студији
Поред Биенковског и Пачикана, други аутори студије су Шри Мехта, Анђела Хуртадо, Тајлер Ард, Џим Станис и Бејла Бренингстал.
Овај рад су подржали Национални институти за здравље/Национални институт за старење (К01АГ066847, Р36АГ087310-01, додатак П30-АГ066530-03С1), Национална научна фондација (грант 2121164) и финансирање УСЦ Центра за неуроналну дуговечност. Истраживачке податке објављене у овој публикацији подржала је Канцеларија директора Националног института за здравље под бројем награде С10ОД032285.
