Ученые из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Гарвардского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха предложили новую теорию, объясняющую самоорганизацию мозга в процессе развития. Они считают, что, помимо химических сигналов, клетки ориентируются в пространстве благодаря своему происхождению – они остаются рядом с «родственниками», потомками одной и той же прародительской клетки.
Работа, опубликованная в журнале Neuron, решает одну из ключевых проблем нейробиологии: как из одной клетки формируется сложнейший орган из примерно 170 млрд клеток, каждая из которых должна занять строго определенное место. Прежде считалось, что клетки находят свое положение, ориентируясь на градиент концентрации специальных молекул. Однако химические сигналы слабеют с расстоянием и не могут точно направлять клетки в глубине растущего мозга.
Новая модель предполагает, что важную роль играет клеточная «родословная». Авторы исследования сравнивают этот процесс с расселением народов: потомки, как правило, селятся недалеко от родителей, из-за чего со временем без всякой дальней связи формируются крупные географические структуры. Похожим образом клетки с общим происхождением в мозге остаются сгруппированными, что и дает им информацию о правильном положении.
Сначала ученые проверили свою гипотезу с помощью теоретических расчетов. Затем, проанализировав экспрессию генов, они подтвердили ее на развивающемся мозге мышей и позже получили схожие результаты у аквариумных рыбок данио-рерио. Это говорит о том, что такой механизм может быть универсальным для мозга разных размеров. Вероятно, оба механизма – химический и наследственный – действуют сообща.
Открытие может быть применимо к изучению развития и других тканей, в том числе злокачественных опухолей. Кроме того, этот принцип может лечь в основу самоорганизующихся систем искусственного интеллекта, которые будут передавать информацию между поколениями моделей. В конечном счете работа приближает исследователей к пониманию того, как мозг в процессе эволюции и индивидуального развития приобретает способность к мышлению.
