Мозг после смерти: открытие ученых
Мозг после смерти: открытие ученых
Татьяна Пономарева Опубликована сегодня в 15:17

Карты мозга теперь строят как Google Maps: учёные объединяются, чтобы создать атлас приматов и человека

Учёные из 25 стран создают карты мозга мармозеток, макак и человека — Му-мин Пу

Мозг — не только гиппокамп с памятью и миндалина с реакцией "бей или беги". Это бездонная экосистема из ~86 млрд нейронов и почти такого же числа глиальных клеток. До сих пор никто не составил полной карты, показывающей, как именно эти клетки складываются в сети и превращают импульсы в мысль. Чтобы приблизиться к ответу, стартовал Международный консорциум по картированию мозга приматов (ICPBM) — объединение более сотни учёных из 25 стран, которое берётся за "невыполнимое": создать мультиомные атласы мозга мармозеток, макак и человека, проследив путь от молекул до связей.

"Мы хотим понять архитектуру мозга, которая лежит в основе всех его функций", — объяснил председатель ICPBM Му-мин Пу, директор Института нейронаук Китайской академии наук.

"Масштаб проекта поражает. Еще недавно подобные задачи казались невыполнимыми, но теперь технические барьеры постепенно снимаются", — отметил нейробиолог Марчелло Роса из Университета Монаша.

Консорциум базируется в Шанхае и опирается на сеть центров сверхточной визуализации в Сучжоу, Хайнане и Шэньчжэне, а также на азиатские синхротроны (альянс SYNAPSE) и большие базы данных. Индия подключает сотни посмертных человеческих образцов, Иран строит национальный приматный центр, европейские и австралийские команды отвечают за алгоритмы и стандарты данных. На стороне технологий — методы пространственного секвенирования (включая платформу Stereo-cell), светолистовая и рентгеновская томография, автоматическая трассировка аксонов и облачные хранилища научных данных.

Сравнение: объекты и подходы ICPBM

Объект/подход Масштаб клеток Что даёт Где слабое место
Мозг мармозетки >1 млрд клеток быстрые пилоты, "мост" между мышью и человеком ограниченная сложность коры
Мозг макаки ~13 млрд клеток близкая организация к человеческой, мощная ПФК высокие требования к этике и инфраструктуре
Человеческий мозг ~86 млрд нейронов конечная цель: заболевания, речь, сознание доступ к тканям, вариативность
Пространственное секвенирование сотни тыс.-миллионы клеток за прогон "кто есть кто" и "что включено" (гены) дороговизна, сложная интеграция слоёв
Высокопольная/светолистовая томография субклеточное разрешение участков геометрия слоёв и трактов объём данных, артефакты подготовки
Трассировка связей (коннектомика) нанометры-микроны "проводка" нейросети годы сканирования, вычислительные ресурсы

Советы шаг за шагом: как строят мультиомный атлас

  1. Отбор материала. Для человека — постморем-образцы с клинической аннотацией (инсульт, Альцгеймер, норма); для приматов — ткани, полученные по строгим протоколам этики. Инструменты: криостаты, биобанки, LIMS-системы.

  2. Мультиомная съёмка. Применяют пространственное РНК-профилирование (Stereo-cell), ATAC/метилирование, протеомику антителами. Плюс регистрация с высокоразрешающей визуализацией (светолистовая, рентген).

  3. Совмещение слоёв. Сопоставляют "клеточные паспорта" с картой анатомии и проекций. Нужны алгоритмы регистрации, стандарты форматов (OME-Zarr), облачные репозитории.

  4. Трассировка и граф. Из данных строят сетевой граф (коннектом): узлы — типы клеток/ядра, рёбра — связи/синапсы. Инструменты: кластерные GPU/CPU, библиотеки графовой аналитики.

  5. Валидация и открытый доступ. Слепые тесты, повторяемость на независимых когортах, выкладка в открытые каталоги с интерактивными вьюерами.

  6. Клиническая интеграция. Сопоставление паттернов с когортами пациентов, поиск мишеней для терапии (инсульт, деменции, эпилепсия). Сервисы: регистры пациентов, платформы анализа изображений и геномики.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

  • Ошибка: опираться только на мышь как модель.
    Последствие: заниженная сложность лобных цепей, плохая переносимость результатов.
    Альтернатива: иерархия моделей: мармозетка → макака → человек; многоуровневая верификация.

  • Ошибка: смешивать негармонизированные данные (разные протоколы/реагенты).
    Последствие: "пятнистые" карты, ложные различия.
    Альтернатива: единые SOP, контрольные образцы, кросс-лабораторные раунды.

  • Ошибка: игнорировать биоэтику и комфорт животных.
    Последствие: остановка исследований, потеря доверия.
    Альтернатива: международные стандарты ухода, 3R (Replacement/Reduction/Refinement), наблюдательные комитеты.

  • Ошибка: хранить ткани без строгой цепочки холода.
    Последствие: деградация РНК/белков, искажённые профили.
    Альтернатива: мгновенная фиксация/заморозка, мониторинг температуры, аудит биобанков.

  • Ошибка: закрывать данные.
    Последствие: дублирование работы, медленная валидация гипотез.
    Альтернатива: открытые порталы, лицензирование данных, API для разработчиков.

А что если…

Если донорских человеческих тканей мало? Консорциум усилит упор на приматах и применит методы восстановления информации из архивных парафиновых блоков. Если форматы данных "не дружат"? Вводятся общеотраслевые стандарты и "промежуточные слои" конвертации. Если финансирование прерывается? Этапируют проект: минимально жизнеспособные "срезы атласа" публикуются сразу, чтобы не терять инерцию сообщества.

Плюсы и минусы мегаконсорциума

Параметр Плюсы Минусы
Масштаб и скорость параллельная работа узлов, быстрый прогресс сложная координация
Качество данных стандарты, кросс-валидация высокая цена реагентов и времени
Этический надзор общие правила, прозрачность различия национальных норм
Клиническая польза системная картина болезней трансляция результатов занимает годы
Технологии доступ к синхротроном, суперкомпьютерам "дикая" величина данных и хранение

FAQ

Как выбрать модель примата для исследования речи/внимания?
Мармозетка — удобна для быстрых циклов и оптогенетики; макака — ближе к человеку по префронтальной коре и системам внимания; итоговые гипотезы проверяют на человеческом материале.
Сколько стоит такой проект и кто платит?
Бюджеты распределены по странам и инфраструктуре; Китай берёт на себя ключевые центры визуализации и базы данных, партнёры — оборудование, экспертизу и когорты. Итог — многолетнее "состыкованное" финансирование.
Что важнее: транскриптом или коннектом?
Это взаимодополняющие аспекты: "какие клетки и что включено" (транскриптом) и "как они связаны" (коннектом). Полный атлас требует обоих слоёв.
Как обеспечить приватность доноров?
Деидентификация, этические комитеты, кодирование метаданных, доступ по заявкам для чувствительных наборов.

Мифы и правда

  • Миф: все ключи к сознанию найдут только в человеческом мозге.
    Правда: сравнение с приматами позволяет выделить общие черты и уникальные человеческие надстройки.

  • Миф: большие данные сами "подскажут смыслы".
    Правда: без строгого дизайна экспериментов и валидации алгоритмы легко "находят" шум.

  • Миф: мультиомика заменит классическую нейроанатомию.
    Правда: ткани и связи нужно видеть и мерить; молекулярная "подпись" без геометрии неполна.

  • Миф: этика только тормозит прогресс.
    Правда: прозрачные правила делают результаты воспроизводимыми и приемлемыми для общества.

Сон и психология

Карта цепей сна и бодрствования — один из ранних "бонусов" проекта. Нечёткая работа таламокортикальных петель, гипоталамуса и стволовых ядер связана с бессонницей и дневной тревожностью. Точное картирование узлов (от ретикулума до гипоталамуса) поможет объяснить, почему у части людей нарушается архитектура сна, а у других тревога "подогревается" дыхательными и ритмическими центрами. Отсюда — перспективы более адресных поведенческих и фармакологических вмешательств.

Исторический контекст

  1. Полные атласы "простых" моделей: дрозофила и данио — доказательство, что сквозное картирование возможно.

  2. 2023 год: атлас транскриптома мышиного мозга в рамках BRAIN Initiative — карта, какие гены активны в разных клетках.

  3. Текущий этап: "коннектом мыши" — попытка описать всю проводку за 5-10 лет.

  4. Новый вызов: переход к приматам — многократный рост объёма и сложности, требующий международного консорциума.

"Только объединив экспертизу, технологии и данные, можно справиться с такой задачей в разумные сроки", — считает нейробиолог Дон Вон Ким из Орхусского университета.

Три интересных факта

  1. Мозг мармозетки размером с половину грецкого ореха содержит свыше миллиарда клеток — вдвое больше, чем у мыши, и этого уже достаточно, чтобы увидеть "префронтальные" мотивы.

  2. Современные сканеры генов и белков способны анализировать почти миллион клеток за прогон и даже "читать" архивные образцы, годами хранившиеся в парафине.

  3. У макаки префронтальная кора по организации значительно ближе к человеческой, чем у грызунов, — это одна из причин, почему её карты так ценны для когнитивной нейробиологии.

Подписывайтесь на NewsInfo.Ru

Читайте также

Красное море полностью высохло шесть миллионов лет назад и снова затопилось — ведущий автор исследования Тихана Пенса сегодня в 7:09

Если бы не эта катастрофа, на Земле было бы пустое море, а не рай для туристов

Около 6,2 млн лет назад Красное море исчезло, но затем вернулось благодаря катастрофическому потопу. Что произошло и почему это открытие так важно для науки?

Читать полностью »
Космический аппарат NASA впервые передал видео UHD из глубокого космоса через лазерную связь сегодня в 6:09

Космос прислал видео лучше Netflix: как Psyche передал UHD-данные с 362 млн километров

Лазерная связь из глубин космоса: аппарат Psyche доказал, что видеопоток UHD с миллионов километров — больше не фантастика.

Читать полностью »
Археологи нашли гравуар в замке Эйлин-Донан и доказали культурное значение Шотландии XIII века сегодня в 5:09

Даже рыцари делали пробор перед боем: что рассказал редкий гравуар из замка Эйлин-Донан

На раскопках в Эйлин-Донан нашли редкий инструмент для укладки волос XIII века. Он показал, что шотландская элита следила за модой Европы.

Читать полностью »
Журнал Astronomy and Astrophysics Review сообщил о необычной структуре космической пыли сегодня в 4:28

Пыль с пустотой внутри: что скрывали миллиарды лет космоса

Космическая пыль оказалась не твёрдой и плотной, а удивительно "пушистой". Учёные выяснили, что это открытие может изменить представления о формировании планет.

Читать полностью »
JAMSTEC: у побережья Японии зафиксировано проседание морского дна сегодня в 3:07

Тайное движение океана: дно Японии уходит вниз на глазах приборов

Японские учёные нашли способ зафиксировать процесс, который десятилетиями ускользал от наблюдений. Речь идёт о скрытом движении морского дна.

Читать полностью »
Палеоантрополог Крис Стрингер: череп из Петралоны сохранился идеально сегодня в 2:19

В каменном саркофаге нашли лицо предка, которого никто не ждал

Загадочный череп, найденный в греческой пещере, хранит в себе тайну, которая способна переписать представления о предках европейцев.

Читать полностью »
Палеонтолог Джун Эберсоул: изучение ископаемых помогает предсказывать изменения климата сегодня в 1:15

Миллионы лет под водой: Алабама раскрыла тайну древнего океана

В Алабаме нашли окаменелость морской черепахи возрастом 32 миллиона лет. Узнайте, как находка связана с климатом прошлого и будущего.

Читать полностью »
Международная федерация робототехники: в Китае более 2 млн промышленных роботов сегодня в 0:28

Производственные цеха без людей: как Пекин меняет правила игры в промышленности

Китайская стратегия в промышленности изменила мировой рынок: роботы теперь трудятся на миллионах фабрик, и число их растёт год от года.

Читать полностью »