محققان بزرگ‌ترین نقشه مغز انسان را طراحی کردند

محققان بزرگ‌ترین اطلس سلول‌های مغز انسان را طراحی کردند. این اطلس بیش از ۳,۰۰۰ نوع سلول را شامل می‌شود که بسیاری از آن‌ها برای علم جدید هستند. به‌گفته‌ی نویسندگان مقاله، این‌ کار به مطالعه‌ی بیماری‌ها و شناخت و آنچه ما را انسان می‌سازد، کمک خواهد کرد. اطلس سلولی عظیم و تصویری دقیق از پیچیده‌ترین اندام شناخته‌‌شده‌ی ما ارائه می‌دهد.

محققان پیش‌از‌این هم با استفاده روش‌هایی مانند تصویربرداری پرتو مغناطیسی (MRI)، از مغز انسان نقشه‌برداری کرده بودند؛ اما این اولین اطلس از کل مغز انسان در سطح تک‌سلولی است که برهم‌کنش‌های پیچیده‌ی آن را نشان می‌دهد.

پژوهش اخیر بخشی از تحقیقات مغزی مؤسسه‌ی ملی سلامت ایالات متحده ازطریق پیشبرد ابتکار فناوری‌های عصبی نوآورانه-شبکه‌ی سرشماری سلولی (BICCN) به‌شمار می‌رود که با همکاری صدها دانشمند انجام شده است. اهداف این برنامه شامل فهرست‌نویسی انواع سلول‌های مغز در انسان‌ها و نخستی‌های غیرانسانی و موش‌ها برای بهبود درک مکانیسم‌های سلولی در پشت اختلالات مغزی ناشناخته است.

کیمبرلی سیلتی، متخصص علوم اعصاب و تیمش با استفاده از نمونه بافت‌های اهداشده از سه مرد متوفی، سنگِ‌بنای اطلس عظیم مغز انسان را بنا نهادند. آن‌ها این‌ کار را با تعیین توالی RNA بیش از ۳ میلیون سلول منفرد از ۱۰۶ مکان را انجام دادند که کل مغز انسان را پوشش می‌دهند. همچنین، این پژوهشگران در مطالعه‌ی خود از بافت قشر حرکتی اهداکننده‌ی زنی استفاده کردند که در مطالعات پیشین استفاده شده بود. تجزیه‌وتحلیل‌های محققان به مستندکردن ۴۶۱ دسته‌ی وسیع از سلول‌هایی ختم شد که بیش از ۳,۰۰۰ زیرگروه را شامل می‌شدند.

نورون‌ها (سلول‌های مغز و سیستم عصبی که سیگنال‌ها را ارسال و دریافت می‌کنند) در بخش‌های مختلف مغز بسیار متفاوت بودند که نشان‌دهنده‌ی عملکردها و تاریخچه‌های رشد متفاوت آن‌ها است. ترکیب‌ نورون‌ها و انواع سلول‌های دیگر نیز در هر منطقه متفاوت بود و برخی از این سلول‌ها، تنها در مکان‌های خاصی یافت می‌شدند.

مطالعات دیگر به سازوکارهای تنظیم و بیان ژن در سلول‌های مختلف پرداخته‌اند. جوزف اکر، زیست‌شناس مولکولی از مؤسسه‌ی مطالعات بیولوژیکی سالک در کالیفرنیا و همکارانش با استفاده از نمونه‌های بافتی از همان سه اهداکننده، مغز را با کمک لنز اپی‌ژنتیک بررسی کردند. آن‌ها نشانگرهای شیمیایی که ژن‌ها در بیش از ۵۰۰ هزار سلول منفرد روشن یا خاموش می‌کنند، نیز تجزیه‌وتحلیل کردند.

بهبود درک اینکه چگونه سوئیچ‌های ژنتیکی ممکن است در خطر ابتلا به بیماری مؤثر باشند، موضوعی بود که نظر بینگ رن، زیست‌شناس مولکولی از دانشگاه کالیفرنیا و تیمش را جلب کرد. آن‌ها چگونگی استفاده و دسترسی بیش از یک‌میلیون سلول مغزی از سه اهداکننده به اطلاعات ژنتیکی را تجزیه‌وتحلیل کردند. این تجزیه‌وتحلیل‌ها به محققان کمک کرد تا ارتباط بین انواع خاصی از سلول‌های مغز و اختلالات عصبی روان‌پزشکی مانند اختلال دوقطبی و افسردگی و اسکیزوفرنی را کشف کنند.

رن و همکارانش از داده‌های نوع سلولی برای پیش‌بینی چگونگی تأثیر سوئیچ‌های ژنتیکی بر تنظیم ژن و افزایش خطر بیماری‌های عصبی استفاده کردند. به‌عنوان مثال، در سلول‌هایی به‌ نام «میکروگلیا» که سلول‌های مُرده یا آسیب‌دیده را از بین می‌برند، وجود برخی از سوئیچ‌های ژنتیکی با خطر ابتلا به بیماری آلزایمر مرتبط است.

چنین یافته‌هایی می‌توانند برای آزمایش این موضوع استفاده شوند که آیا ژن‌های خاص یا سوئیچ‌های معیوب مستقیماً در شروع بیماری مؤثرند یا خیر. به‌گفته‌ی رن، چنین چیزی به این دلیل امکان‌پذیر شد که محققان برای اولین‌بار سوئیچ‌های ژنتیکی را برای صدها نوع سلول را مشخص کردند.

رن می‌گوید که قدم بعدی برای تیم BICCN این است که سلول‌های بیشتری را از تمام قسمت‌های مغز توالی‌یابی کند. همچنین، محققان با نمونه‌های بافت بیشتری کار خواهند کرد تا تصویری از چگونگی تغییر مغز انسان در بین جمعیت‌ها و گروه‌های سنی ایجاد کنند.