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【奇亿平台佣金】大脑有个预设“图谱”,内部数据可定期清理

两项关于人类大脑发育的新研究正在帮助研究人员调和关于大脑如何形成的长期争论。这项研究发表在10月6日的《自然》特刊上,重点介绍了有助于大脑细胞普查或“零件清单”的研究。

这项工作还验证了一种预测早期人类神经元可能变成何种细胞的新方法,并为致力于澄清大脑发育与精神和神经疾病之间联系的研究人员提供了一个广泛的数据集。

理解人脑是如何发展的,细胞是如何成熟和跨区域连接的,仍然是一个巨大的问题,全球正在努力使用新技术,以一种前所未有的方式,从分子和细胞水平了解正在发育的大脑。

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大脑复杂的结构使它与身体其他器官不同。在肾脏或肝脏中,无论是从器官的顶部还是底部移除一块,都可能产生类似的效果。但在大脑中,损伤可能会产生截然不同的后果,具体取决于位置。

例如,头骨后部的大脑损伤可能会影响视力,而侧面的损伤可能会导致移动或感知触摸的问题。虽然神经科学家很清楚这张地图及其重要性,但他们长期以来一直在争论它是如何形成的。

多年来,研究人员一直想知道,大脑的早期组织是否拥有一个预设的图谱,在其发育过程中,该图谱会简单地转移到大脑皮层,这一想法被称为原型图谱假说。其他人则支持竞争性的原皮质假说,该假说认为所有早期神经元都有可能成为大脑的任何一部分,并且正是它们之间持续的相互作用帮助每个神经元在不断增长的大脑地图中找出其最终目的地。

克里格斯坦和他的团队运用尖端的方法,分析了数十万个发育中脑细胞的基因表达谱。他们发现,前额叶皮层(大脑前部与认知相关的区域)和V1(大脑后部对视觉重要的区域)中的细胞在早期阶段表达与各自区域相关的基因。

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在大脑两极之间发育的细胞需要更长的时间才能开始显示基因表达模式,从而将它们定位到特定的位置。

早期大脑皮层只有两个基本区域明显不同——前部和后部,中间的区域开始被细分,可能是因为持续的相互作用影响了这些区域的细胞身份。

换言之,大脑皮层的展开组织似乎是用一个预先确定的建立大脑极的PrimMAP启动的,但是当中间的细胞有助于指导彼此的身份时,很快切换到原球虫模型。

提前预测身份

加州大学旧金山分校的研究人员通过建立一种预测早期神经细胞最终命运的新方法,在更详细地理解大脑发育方面又迈出了一步。

研究人员没有通过查看mRNA转录本形式的基因表达来识别单个细胞,而是想知道是否可以通过查看遗传物质本身的结构来确定细胞的身份。mRNA转录本是一种分子工作指令,告诉细胞机构构建哪些蛋白质。

通过将目光转向染色质,每个细胞中独特包装的杂乱无章的DNA链和蛋白质,他们发现细胞谱系的命运甚至可以在被称为神经元的阶段之前预测出来。这意味着染色质状态可能会揭示有关发育中细胞的关键信息,而这些信息仅在基因表达中无法捕捉。

这可能是因为mRNA在细胞内的寿命很短,因为它的功能只是将指令从细胞的一部分传递到另一部分。但DNA如何缠绕在各种蛋白质上所形成的结构,细胞的“染色质状态”更加稳定,并直接决定发出哪些指令。

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