כיצד בנו את מפת המוח

התמקדות בתת-אזורים ברמת 'העלה'

התובנה המרכזית מאחורי המפה היא שהדרך האמינה ביותר להשוות מוחות בין מינים שונים היא להתחיל ברמת הפירוט האנטומי הקטנה ביותר האפשרית. הצוות עיגן את ההשוואה שלו בתת-החלוקות הקטנות והבסיסיות ביותר של המוח – מה שמדעני מוח מכנים אזורי עלה .

בעוד שלמבני מוח גדולים יותר יש לרוב שמות וגבולות לא עקביים בין אטלסים שונים, רוב האטלסים הקיימים מסכימים באופן מפתיע על חלקיקי המידע הקטנים והמזהים הללו. פרופסור מיטרה הסביר את הגישה באנלוגיה פשוטה: "תחשבו על מדינות וערים. ניו יורק סיטי עשויה להיקרא ניו יורק באטלס אחד ואמסטרדם החדשה באטלס אחר, אבל כולם ברמה המקומית יודעים בדיוק על מה אתה מדבר" . על ידי התאמת אבני הבניין הבסיסיות הללו תחילה, הצוות יכול היה לבנות בצורה מהימנה את ההתאמות בין אזורי מוח גדולים יותר בשני המינים.

סינתזה שיטתית של ספרות מדעית

הצוות ניתח נתונים מיותר מ-100 מחקרים שפורסמו, כל אחד מהם השתמש בטכניקות כמו הזרקות של חומרי מעקב עצביים (neural tracers) ומיפוי היסטולוגי כדי להגדיר אזורי מוח בעכברים ובמרמוסטים . סקירה שיטתית זו אפשרה להם ליישב סתירות בין מספר אטלסי מוח נפוצים של שני המינים.

מסגרת התאמה כמותית

באמצעות צינורות חישוביים וסטטיסטיים שיושמו בסביבת MATLAB, החוקרים השוו את הפרופילים המרחביים, המבניים והחיבורים (connectivity) של אזורי העלה בין עכברים למרמוסטים . הם קבעו חמישה סוגי התאמה בין מבני המוח, ומצאו כי ל-43% ממבני מוח העכבר ברמת העלה יש התאמה ישירה ואחת-לאחת עם מבנים מקבילים של המרמוסט . המבנים הנותרים הם ייחודיים למין שלהם או בעלי קשרים מורכבים יותר.

איך המפה הזו פותרת את בעיית התרגום

הפער האבולוציוני

האתגר המרכזי הוא שהמוח של המכרסמים התפצל מהשושלת האבולוציונית של הפרימטים לפני כ-90 מיליון שנה . תרופות רבות וממצאים על מעגלים עצביים שמבטיחים הבטחה במכרסמים נכשלים בניסויים קליניים בבני אדם מכיוון שבמהותם, המוחות בנויים בצורה שונה.

מרמוסטים, כפרימטים מהעולם החדש, חולקים מבנה מוח דומה הרבה יותר לזה של בני האדם. על ידי מיפוי אילו אזורי מוח של עכברים הם הומולוגיים ישירים לאלו של המרמוסט, האטלס החדש אומר לחוקרים אילו היבטים של מדעי המוח המבוססים על מכרסמים צפויים להיות נכונים גם בפרימטים.

גשר מעשי לתרגום

להלן כיצד חוקרים יכולים להשתמש במפה בפועל:

• אם ממצא בעכבר נוגע לאזור מוח המתאים בבירור למבנה של מרמוסט (ובהרחבה, של אדם), הוא מועמד חזק יותר לתרגום מוצלח .
• אם ממצא נוגע לאזור ייחודי למכרסם ללא מקבילה בפרימטים, הסיכוי שהממצא יתאים לבני אדם נמוך .

השפעה על פיתוח תרופות

המפה מאפשרת לחוקרים לבדוק האם למטרת תרופה (drug target) או למניפולציה על מעגל עצבי שעובדת במודל עכבר יש מקבילה אנלוגית במוח של פרימט שאינו אדם, לפני המעבר לניסויים יקרים בבני אדם. זה יכול לסייע בתעדוף המועמדים המבטיחים ביותר לתרופות ובהפחתת שיעור הכישלון הגבוה של טיפולים ניסיוניים שמצליחים במכרסמים אך נכשלים בבני אדם .

הקשר רחב יותר

מפת המוח חוצת-המינים הזו נשענת על עשרות שנים של עבודת מיפוי מוח ב-CSHL, כולל פרויקט ארכיטקטורת מוח העכבר (Mouse Brain Architecture Project) ותרומות לאטלס החיבורים של מוח המרמוסט של פרויקט Brain/MINDS ביפן . היא מספקת מסגרת אחידה להשוואת מבנה המוח לאורך שושלת היונקים.

עבור חוקרים המפתחים טיפולים חדשים למצבים נוירולוגיים ופסיכיאטריים, מפה זו מציעה בדיקת מציאות נחוצה – ודרך למקד את המשאבים בממצאים בעלי הסיכוי הגבוה ביותר לעשות את הקפיצה מעכבר לאדם.

המסר המרכזי

ל-43% מאזורי המוח ברמת העלה של העכבר יש מקבילים ישירים ואחד-לאחד במוח המרמוסט, לפי ניתוח הצוות מ-CSHL . שאר האזורים עשויים להיות התאמות ייחודיות למין. מפה חוצת-מינים זו מעניקה למדעני מוח כלי שיטתי להחליט אילו ממצאים ממכרסמים כדאי לרדוף אחריהם בפרימטים – ואילו מהם הם ככל הנראה מבוי סתום אבולוציוני עבור הרפואה האנושית.

כיצד בנו את מפת המוח

התמקדות בתת-אזורים ברמת 'העלה'

התובנה המרכזית מאחורי המפה היא שהדרך האמינה ביותר להשוות מוחות בין מינים שונים היא להתחיל ברמת הפירוט האנטומי הקטנה ביותר האפשרית. הצוות עיגן את ההשוואה שלו בתת-החלוקות הקטנות והבסיסיות ביותר של המוח – מה שמדעני מוח מכנים אזורי עלה .

בעוד שלמבני מוח גדולים יותר יש לרוב שמות וגבולות לא עקביים בין אטלסים שונים, רוב האטלסים הקיימים מסכימים באופן מפתיע על חלקיקי המידע הקטנים והמזהים הללו. פרופסור מיטרה הסביר את הגישה באנלוגיה פשוטה: "תחשבו על מדינות וערים. ניו יורק סיטי עשויה להיקרא ניו יורק באטלס אחד ואמסטרדם החדשה באטלס אחר, אבל כולם ברמה המקומית יודעים בדיוק על מה אתה מדבר" . על ידי התאמת אבני הבניין הבסיסיות הללו תחילה, הצוות יכול היה לבנות בצורה מהימנה את ההתאמות בין אזורי מוח גדולים יותר בשני המינים.

סינתזה שיטתית של ספרות מדעית

הצוות ניתח נתונים מיותר מ-100 מחקרים שפורסמו, כל אחד מהם השתמש בטכניקות כמו הזרקות של חומרי מעקב עצביים (neural tracers) ומיפוי היסטולוגי כדי להגדיר אזורי מוח בעכברים ובמרמוסטים . סקירה שיטתית זו אפשרה להם ליישב סתירות בין מספר אטלסי מוח נפוצים של שני המינים.

מסגרת התאמה כמותית

באמצעות צינורות חישוביים וסטטיסטיים שיושמו בסביבת MATLAB, החוקרים השוו את הפרופילים המרחביים, המבניים והחיבורים (connectivity) של אזורי העלה בין עכברים למרמוסטים . הם קבעו חמישה סוגי התאמה בין מבני המוח, ומצאו כי ל-43% ממבני מוח העכבר ברמת העלה יש התאמה ישירה ואחת-לאחת עם מבנים מקבילים של המרמוסט . המבנים הנותרים הם ייחודיים למין שלהם או בעלי קשרים מורכבים יותר.

איך המפה הזו פותרת את בעיית התרגום

הפער האבולוציוני

האתגר המרכזי הוא שהמוח של המכרסמים התפצל מהשושלת האבולוציונית של הפרימטים לפני כ-90 מיליון שנה . תרופות רבות וממצאים על מעגלים עצביים שמבטיחים הבטחה במכרסמים נכשלים בניסויים קליניים בבני אדם מכיוון שבמהותם, המוחות בנויים בצורה שונה.

מרמוסטים, כפרימטים מהעולם החדש, חולקים מבנה מוח דומה הרבה יותר לזה של בני האדם. על ידי מיפוי אילו אזורי מוח של עכברים הם הומולוגיים ישירים לאלו של המרמוסט, האטלס החדש אומר לחוקרים אילו היבטים של מדעי המוח המבוססים על מכרסמים צפויים להיות נכונים גם בפרימטים.

גשר מעשי לתרגום

להלן כיצד חוקרים יכולים להשתמש במפה בפועל:

• אם ממצא בעכבר נוגע לאזור מוח המתאים בבירור למבנה של מרמוסט (ובהרחבה, של אדם), הוא מועמד חזק יותר לתרגום מוצלח .
• אם ממצא נוגע לאזור ייחודי למכרסם ללא מקבילה בפרימטים, הסיכוי שהממצא יתאים לבני אדם נמוך .

השפעה על פיתוח תרופות

המפה מאפשרת לחוקרים לבדוק האם למטרת תרופה (drug target) או למניפולציה על מעגל עצבי שעובדת במודל עכבר יש מקבילה אנלוגית במוח של פרימט שאינו אדם, לפני המעבר לניסויים יקרים בבני אדם. זה יכול לסייע בתעדוף המועמדים המבטיחים ביותר לתרופות ובהפחתת שיעור הכישלון הגבוה של טיפולים ניסיוניים שמצליחים במכרסמים אך נכשלים בבני אדם .

הקשר רחב יותר

מפת המוח חוצת-המינים הזו נשענת על עשרות שנים של עבודת מיפוי מוח ב-CSHL, כולל פרויקט ארכיטקטורת מוח העכבר (Mouse Brain Architecture Project) ותרומות לאטלס החיבורים של מוח המרמוסט של פרויקט Brain/MINDS ביפן . היא מספקת מסגרת אחידה להשוואת מבנה המוח לאורך שושלת היונקים.

עבור חוקרים המפתחים טיפולים חדשים למצבים נוירולוגיים ופסיכיאטריים, מפה זו מציעה בדיקת מציאות נחוצה – ודרך למקד את המשאבים בממצאים בעלי הסיכוי הגבוה ביותר לעשות את הקפיצה מעכבר לאדם.

המסר המרכזי

ל-43% מאזורי המוח ברמת העלה של העכבר יש מקבילים ישירים ואחד-לאחד במוח המרמוסט, לפי ניתוח הצוות מ-CSHL . שאר האזורים עשויים להיות התאמות ייחודיות למין. מפה חוצת-מינים זו מעניקה למדעני מוח כלי שיטתי להחליט אילו ממצאים ממכרסמים כדאי לרדוף אחריהם בפרימטים – ואילו מהם הם ככל הנראה מבוי סתום אבולוציוני עבור הרפואה האנושית.