Команда исследователей из Японии совершила прорыв в изучении человеческого мозга, успешно воссоздав в лаборатории его ключевые нейронные цепи. Для этого ученые использовали так называемые ассемблоиды – сложные трехмерные модели, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Эти структуры имитируют взаимодействие и связь между различными отделами мозга, что позволило доказать центральную роль таламуса в формировании специализированных нейронных сетей в коре больших полушарий.
Кора головного мозга человека содержит множество типов нейронов, которые должны эффективно обмениваться сигналами друг с другом и с другими областями мозга. Эти связи лежат в основе высших когнитивных функций, включая мышление, восприятие и познание. У людей с расстройствами нейроразвития, такими как аутизм, эти нейронные сети часто формируются или функционируют с отклонениями. Понимание механизмов их созревания имеет решающее значение для выявления биологических причин заболеваний и разработки новых методов лечения.
Исследования на грызунах ранее показывали, что таламус – структура в центре мозга – играет важную роль в организации нейронных сетей коры. Однако изучать этот процесс непосредственно в человеческом мозге было невозможно из-за этических и технических ограничений. Чтобы обойти эти трудности, ученые обратились к органоидам – миниатюрным подобиям органов, выращенным из стволовых клеток. Однако для изучения сложных взаимодействий потребовался новый подход – ассемблоиды, созданные путем физического объединения двух или более органоидов.
Команда под руководством профессора Фумитаки Осакады из Университета Нагои сначала вырастила отдельные органоиды коры и таламуса, а затем соединила их. В результате исследователи смогли наблюдать, как нервные волокна из таламуса прорастали в сторону коры, а волокна коры тянулись к таламусу, образуя синапсы – соединения, очень похожие на те, что существуют в реальном мозге. Сравнив экспрессию генов, ученые обнаружили, что ткань коры, соединенная с таламусом, демонстрировала признаки большей зрелости. Это стало прямым доказательством того, что взаимодействие с таламусом способствует росту и развитию коры.
Ученые также проанализировали распространение сигналов внутри ассемблоида. Оказалось, что нейронная активность распространялась от таламуса к коре волнообразными паттернами, создавая синхронизированную активность в корковых сетях. При этом синхронизация наблюдалась только в определенных типах нейронов – тех, которые отправляют сигналы обратно в таламус. Это говорит о том, что сигналы таламуса избирательно «тренируют»特定神经元类型， помогая им формировать скоординированные сети и функционально созревать.
Успешное воссоздание человеческих нейронных цепей с помощью ассемблоидов открывает новую мощную платформу для изучения того, как мозг формируется, функционирует и чем отличаются эти процессы при различных заболеваниях. «Мы добились значительного прогресса в конструктивном подходе к пониманию человеческого мозга путем его воспроизведения, – объяснил Осакада. – Мы верим, что эти результаты помогут ускорить открытие механизмов, лежащих в основе неврологических и психических расстройств, а также разработку новых методов терапии».
