《Nature》美政府腦科學計畫BRAIN發17篇論文 描繪最完整「大腦地圖」

2021/10/08
《Nature》美政府腦科學計畫BRAIN發17篇論文 描繪最完整「大腦地圖」
美國時間6日,美國國家衛生研究院(NIH)旗下腦科學研究計畫BRAIN,在頂尖期刊《Nature》發表了一系列17篇研究論文,指出其在人類、猴子、小鼠大腦運動皮質(motor cortex)中,新發現

美國時間6日,美國國家衛生研究院(NIH)旗下腦科學研究計畫BRAIN,在頂尖期刊《Nature》發表了一系列17篇研究論文,指出其在人類、猴子、小鼠大腦運動皮質(motor cortex)中,新發現的100多種細胞類型。該研究最終目標是繪製出完整的「大腦地圖」,提供科學、臨床研究更好的方法。

本次17項研究,共發表了在小鼠、狨猴(marmoset)和人類大腦運動皮質中,發現的14種主要細胞類別,和100多種細胞類型,以及其位置、功能和外觀。

科學家根據這些細胞的形狀、大小、電性及所表達的基因,確定了數十種細胞類型。

儘管許多是先前已知細胞類型的亞型,但該項新研究,仍確定了大約再多5倍的細胞類型。例如:釋放γ-氨基丁酸(GABA)或谷氨酸(glutamic acid)等特定神經傳導物質的細胞中,再透過基因表現和電刺激模式分析,又能區分每種細胞都有十多種亞型。

BRAIN是一項為期5年的計畫,始於2017年,全名為「推進創新神經技術腦部研究」(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies),計畫目的是識別大腦中不同的細胞類型,共有來自歐、美、亞洲的250多名科學家參與。

另外,此研究中數個實驗室透過和當地醫院合作,獲取患者因腫瘤等疾病而需切除的腦組織,並將部分健康的腦組織,與在猴子和老鼠身上發現的活細胞進行比較。

研究人員表示,這也證明了這些仍是健康的組織,可作為讓他們了解細胞特性的活體實驗材料。

他們指出,研究中發現雖這些跨物種的細胞非常相似,但仍舊有些精密的差異,例如:小鼠的大腦運動皮質中,能進行長距離連接的神經細胞非常少;而人類由於腦部體積大、皮質也變得更大,因此從腦部深處長距離連到皮質的細胞也較多,這項發現可能有助於解釋,為何治療小鼠阿茲海默症的藥物,在人類身上卻無效。

而該研究的下一步,是為每個物種繪製一張「大腦地圖」,顯示這些細胞在運動皮質中的位置,最終,該項目計劃繪製出完整的腦細胞地圖。

該系列論文中,以「A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex」這篇為旗艦論文(flagship paper);其作者之一,加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)分子與細胞生物學副教授Helen Bateup表示,若大腦是一個極其複雜的機器,便應該先拆解它、了解其組成零件,也就是腦部所有的細胞,包括細胞數量、所在位置,以及他們彼此如何相連。

參考資料:

1.論文原文:https://www.nature.com/collections/cicghheddj

2.https://www.eurekalert.org/news-releases/930645

(編譯/巫芝岳)