Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 158: связи таламуса и коры

Исследователи из Института мозга Пола Аллена продолжают свою самоотверженную работу по созданию различных атласов мозга. В предпоследний день октября в журнале Nature вышла их статья, в которой сообщалось о создании нового кусочка одного из их общедоступных атласов, Allen Mouse Brain Connectivity Atlas, который посвящен связям коры и таламуса (ему у нас посвящена отдельная статья) –  так называемому кортикоталамическому коннектому.

Иерархия связей коры и таламуса, визуализированная исследователями. Сredit: Benedicte Rossi

В мозге мыши примерно 85 миллионов нейронов, в тысячу раз меньше, чем у человека. И эти нейроны образуют около 100 миллиардов синапсов друг с другом. Понятно, что пока никто не создал полный коннектом «от синапса до синапса», однако основные магистральные связи уже в основном установлены. Новая работа погружается на уровень глубже, так называемый мезо-коннектом, который пытается установить связи на уровне основных типов нейронов.

На этой анимации вы видите аксоны пяти различных типов нейронов, расположенных в кортикальных слоях. Каждый тип нейрона маркирован своим цветом

Авторы применили хорошо известный метод с использованием так называемой Cre-рекомбиназы для того, чтобы маркировать разные типы нейронов и обнаружили целую иерархию различных нейронных проекций на уровне «кора-кора» (кортико-кортикальные связи),  «таламус-кора» (таламокортикальные проекции) и «кора-таламус».  Впрочем, поначалу в данных просматривался один хаос.

Кортико-таламические проекции

«То, что получилось из этих данных, выглядело большим беспорядком связей, и на первый взгляд казалось, что все связано со всем, — сказала Джулия Харрис, одна из ведущих авторов исследования. — Главный вопрос для нас был, какой можно найти смысл в этих моделях? Есть ли в этом какая-то логика?»

Используя вычислительный подход, исследователи обнаружили, что различные участки коры головного мозга и таламуса могут быть связаны особой иерархией, во многом похожей на организационную структуру крупной компании. Части коры, которые специализируются на информации, собираемой нашими органы чувств, такими как зрение и обоняние, находятся на нижних ступенях, а области, которые обрабатывают более сложную информацию — например, воспоминание, вызванное знакомым запахом — расположены наверху. Связи направленны как вверх, так и вниз по организационной диаграмме мозга, но связи, направленные вверх, отличаются от тех, которые направлены вниз. Исследователи также обнаружили, что не все связи соблюдают эти иерархические законы, и смысл этого тоже предстоит понять.

Кстати, есть намеки на то, что человеческая кора и ее связи с таламусом используют похожую самую организационную систему. По крайней мере, одна старая работа, Дэвида ван Эссена, проведенная еще в 1991 году, показала аналогичную иерархию в зрительных областях коры приматов.

Напомним, что алленовский атлас — не единственный атлас таламуса в мире. В 2018 году ученые баскского Центра по изучению мозга и языка совестно с исследователями Университетского колледжа Лондона и Университета Кастилии-Ла-Манча создали атлас таламуса, по которому можно распознать расположение его ядер, а также установить нарушения в работе его структуры.

Текст: Алексей Паевский

Harris, J. A., Mihalas, S., Hirokawa, K. E., Whitesell, J. D., Choi, H., Bernard, A., … Zeng, H. (2019). Hierarchical organization of cortical and thalamic connectivity. Nature. doi:10.1038/s41586-019-1716-z