Не только химические сигналы. Учёные объяснили, как одна клетка формирует мозг из 170 миллиардов клеток

Об этом пишет издание ScienceDaily.

Мозг человека начинает развиваться из одной клетки, которая впоследствии образует примерно 170 миллиардов клеток. Один из главных вопросов нейробиологии заключается в том, как все они оказываются именно там, где это необходимо для нормальной работы мозга.

Учёные из лаборатории Cold Spring Harbor Laboratory предложили новое объяснение этого процесса. Они считают, что клетки используют своё происхождение, то есть своеобразное «генеалогическое древо», в качестве карты для определения своего местоположения в мозге.

Постдокторант Стен Керстенс объясняет, что клетка видит только себя и соседние клетки, но её будущая роль зависит от того, где она расположена. Если клетка оказывается не на своём месте, она приобретает неправильные свойства, и развитие мозга нарушается. Поэтому каждая клетка должна определить, где она находится и кем должна стать.

На протяжении десятилетий считалось, что клетки определяют своё положение с помощью химических сигналов. По словам исследователей, этот механизм хорошо работает в небольших системах, но его недостаточно, чтобы объяснить развитие мозга, где необходимо правильно расположить миллиарды нейронов. Химические сигналы ослабевают с расстоянием, поэтому давно возникал вопрос, как клетки внутри большого мозга точно определяют своё место.

Авторы предполагают, что часть ответа дает принцип, схожий с расселением людей. Потомки обычно поселяются неподалеку от своих предков, поэтому люди с общим происхождением часто живут рядом. По мнению исследователей, точно так же ведут себя и клетки мозга: те, что происходят от одной клетки-предшественницы, остаются близко друг к другу.

Чтобы проверить эту гипотезу, учёные создали модель, основанную на клеточном происхождении. Сначала они провели теоретические расчёты, затем исследовали активность генов в мозге мышей, анализируя отдельные клетки и их группы. После этого модель проверили на данных о развитии мозга данио-рерио и получили схожие результаты. Это свидетельствует о том, что такой механизм может работать в мозге разных размеров.

Полученные результаты показывают, что химические сигналы и клеточное происхождение, вероятно, действуют совместно, помогая клеткам определять своё место в процессе развития.

Исследователи отмечают, что этот принцип может быть важен не только для изучения мозга. Он может объяснять развитие других тканей, в частности опухолей. Кроме того, подобный подход потенциально можно использовать при создании будущих систем искусственного интеллекта, которые будут передавать информацию между поколениями моделей.

Как отмечает Стен Керстенс, мозг каким-то образом делает людей умными, а понимание того, как эта способность формируется в процессе развития и эволюции, является частью большой научной загадки.