Как создавалась карта мозга

Фокус на «листовые» области

Ключевая идея карты заключается в том, что самый надёжный способ сравнивать мозг разных видов — начинать с максимально детального анатомического уровня. Команда сделала основой сравнения самые маленькие, наиболее дробные подразделения мозга, которые нейробиологи называют листовыми областями .

В то время как более крупные структуры мозга часто имеют противоречивые названия и границы в разных атласах, в самых мелких, чётко идентифицируемых «кирпичиках» большинство атласов удивительно единодушны. Профессор Митра объяснил подход простой аналогией: «Представьте себе штаты и города. Нью-Йорк в одном атласе могут называть Нью-Йорком, а в другом — Новым Амстердамом, но на местном уровне все прекрасно понимают, о чём речь» . Сопоставив сначала эти фундаментальные строительные блоки, команда смогла надёжно установить соответствия между более крупными областями мозга двух видов.

Систематический анализ литературы

Команда проанализировала данные более чем из 100 опубликованных исследований, в каждом из которых использовались такие методы, как инъекции нейротрассёров и гистологическое картирование для определения областей мозга мышей и мармозеток . Этот систематический обзор позволил им согласовать несоответствия между несколькими широко используемыми атласами мозга для обоих видов.

Количественная схема соответствий

Используя вычислительные и статистические методы, реализованные в MATLAB, исследователи сравнили пространственные, структурные и связанные с коннективностью профили листовых областей мозга мыши и мармозетки . Они установили пять типов соответствий между структурами мозга и обнаружили, что 43% листовых структур мозга мыши имеют взаимно однозначные соответствия со структурами мармозетки . Остальные структуры либо являются видоспецифичными, либо имеют более сложные отношения.

Как эта карта решает проблему переноса результатов

Эволюционный разрыв

Основная проблема в том, что мозг грызуна отделился от линии приматов примерно 90 миллионов лет назад . Многие лекарства и результаты исследований нейронных цепей, многообещающие на грызунах, проваливаются в клинических испытаниях на людях, потому что на фундаментальном уровне мозг устроен по-разному.

Мармозетки, как приматы Нового Света, имеют гораздо более схожую с человеком архитектуру мозга. Сопоставляя, какие области мозга мыши имеют прямые гомологи у мармозеток, новый атлас подсказывает исследователям, какие аспекты нейробиологии, основанной на грызунах, с высокой вероятностью подтвердятся на приматах.

Практический мост для переноса результатов

Вот как исследователи могут использовать карту на практике:

• Если результат, полученный на грызуне, связан с областью мозга, которая чётко отображается на структуру мармозетки (а следовательно, и человека), это сильный кандидат для успешного переноса .
• Если результат связан с видоспецифичной областью мозга грызуна, у которой нет аналога у приматов, этот результат, скорее всего, не обобщается на человека .

Влияние на разработку лекарств

Карта позволяет исследователям проверить, есть ли у мишени для лекарства или манипуляции с нейронными цепями, работающей на мышиной модели, аналог в мозге нечеловекообразного примата, прежде чем переходить к дорогостоящим испытаниям на людях. Это может помочь расставить приоритеты для наиболее перспективных кандидатов и снизить высокий уровень неудач экспериментальных методов лечения, которые успешны на грызунах, но не работают на людях .

Более широкий контекст

Эта кросс-видовая карта мозга основана на десятилетиях работы по картированию мозга в CSHL, включая проект по архитектуре мозга мыши (Mouse Brain Architecture Project) и вклад в атлас коннективности мармозетки Brain/MINDS в Японии . Она предоставляет единую основу для сравнения структуры мозга в пределах линии млекопитающих.

Для исследователей, разрабатывающих новые методы лечения неврологических и психиатрических заболеваний, эта карта предлагает столь необходимую проверку реальностью — и способ сосредоточить ресурсы на тех результатах, которые с наибольшей вероятностью совершат переход от мыши к человеку.

Главный вывод

43% листовых областей мозга мыши имеют прямые взаимно однозначные аналоги в мозге мармозетки, согласно анализу команды CSHL . Остальные области могут быть видоспецифичными адаптациями. Эта кросс-видовая карта даёт нейробиологам систематический инструмент, чтобы решить, какие результаты, полученные на грызунах, стоит изучать на приматах, а какие, вероятно, являются эволюционным тупиком для медицины человека.

Как создавалась карта мозга

Фокус на «листовые» области

Ключевая идея карты заключается в том, что самый надёжный способ сравнивать мозг разных видов — начинать с максимально детального анатомического уровня. Команда сделала основой сравнения самые маленькие, наиболее дробные подразделения мозга, которые нейробиологи называют листовыми областями .

В то время как более крупные структуры мозга часто имеют противоречивые названия и границы в разных атласах, в самых мелких, чётко идентифицируемых «кирпичиках» большинство атласов удивительно единодушны. Профессор Митра объяснил подход простой аналогией: «Представьте себе штаты и города. Нью-Йорк в одном атласе могут называть Нью-Йорком, а в другом — Новым Амстердамом, но на местном уровне все прекрасно понимают, о чём речь» . Сопоставив сначала эти фундаментальные строительные блоки, команда смогла надёжно установить соответствия между более крупными областями мозга двух видов.

Систематический анализ литературы

Команда проанализировала данные более чем из 100 опубликованных исследований, в каждом из которых использовались такие методы, как инъекции нейротрассёров и гистологическое картирование для определения областей мозга мышей и мармозеток . Этот систематический обзор позволил им согласовать несоответствия между несколькими широко используемыми атласами мозга для обоих видов.

Количественная схема соответствий

Используя вычислительные и статистические методы, реализованные в MATLAB, исследователи сравнили пространственные, структурные и связанные с коннективностью профили листовых областей мозга мыши и мармозетки . Они установили пять типов соответствий между структурами мозга и обнаружили, что 43% листовых структур мозга мыши имеют взаимно однозначные соответствия со структурами мармозетки . Остальные структуры либо являются видоспецифичными, либо имеют более сложные отношения.

Как эта карта решает проблему переноса результатов

Эволюционный разрыв

Основная проблема в том, что мозг грызуна отделился от линии приматов примерно 90 миллионов лет назад . Многие лекарства и результаты исследований нейронных цепей, многообещающие на грызунах, проваливаются в клинических испытаниях на людях, потому что на фундаментальном уровне мозг устроен по-разному.

Мармозетки, как приматы Нового Света, имеют гораздо более схожую с человеком архитектуру мозга. Сопоставляя, какие области мозга мыши имеют прямые гомологи у мармозеток, новый атлас подсказывает исследователям, какие аспекты нейробиологии, основанной на грызунах, с высокой вероятностью подтвердятся на приматах.

Практический мост для переноса результатов

Вот как исследователи могут использовать карту на практике:

• Если результат, полученный на грызуне, связан с областью мозга, которая чётко отображается на структуру мармозетки (а следовательно, и человека), это сильный кандидат для успешного переноса .
• Если результат связан с видоспецифичной областью мозга грызуна, у которой нет аналога у приматов, этот результат, скорее всего, не обобщается на человека .

Влияние на разработку лекарств

Карта позволяет исследователям проверить, есть ли у мишени для лекарства или манипуляции с нейронными цепями, работающей на мышиной модели, аналог в мозге нечеловекообразного примата, прежде чем переходить к дорогостоящим испытаниям на людях. Это может помочь расставить приоритеты для наиболее перспективных кандидатов и снизить высокий уровень неудач экспериментальных методов лечения, которые успешны на грызунах, но не работают на людях .

Более широкий контекст

Эта кросс-видовая карта мозга основана на десятилетиях работы по картированию мозга в CSHL, включая проект по архитектуре мозга мыши (Mouse Brain Architecture Project) и вклад в атлас коннективности мармозетки Brain/MINDS в Японии . Она предоставляет единую основу для сравнения структуры мозга в пределах линии млекопитающих.

Для исследователей, разрабатывающих новые методы лечения неврологических и психиатрических заболеваний, эта карта предлагает столь необходимую проверку реальностью — и способ сосредоточить ресурсы на тех результатах, которые с наибольшей вероятностью совершат переход от мыши к человеку.

Главный вывод

43% листовых областей мозга мыши имеют прямые взаимно однозначные аналоги в мозге мармозетки, согласно анализу команды CSHL . Остальные области могут быть видоспецифичными адаптациями. Эта кросс-видовая карта даёт нейробиологам систематический инструмент, чтобы решить, какие результаты, полученные на грызунах, стоит изучать на приматах, а какие, вероятно, являются эволюционным тупиком для медицины человека.