Unter der Leitung eines chinesischen Wissenschaftlerteams! Die weltweit einzige „Gehirnkarte“ wird im weltweit führenden Magazin veröffentlicht

Aus welchen Zellen besteht das Gehirn? Wie ist das Muster der räumlichen Verteilung der Gehirnzellen? Dies ist eine grundlegende Frage der Gehirnforschung.

Wenn man die Typen, Morphologien, Verteilungen, Verbindungen und Genexpressionen der zig Milliarden Zellen im menschlichen Gehirn in Form einer Karte darstellen könnte, dann wäre das Verständnis der Hirnforscher vom Gehirn so klar, wie wenn Sie und ich eine Karte betrachten würden.

Es wird lange dauern, die Karte der menschlichen Gehirnzellen zu zeichnen. Die Karte des Affenhirns ist jedoch bereits online. Am 12. Juli veröffentlichte die Fachzeitschrift Cell die weltweit erste Einzelzellauflösung und vollständigste räumliche Verteilungskarte von Großhirnrindenzellen von Makaken, die von einem chinesischen Wissenschaftlerteam erstellt wurde .

Copyright-Bilder in der Galerie. Der Nachdruck und die Verwendung können zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.

Die Großhirnrinde ist die äußerste Schicht des Gehirns und für viele wichtige kognitive Funktionen verantwortlich , darunter logisches Denken, Entscheidungsfindung, Anpassung an eine sich verändernde Umgebung und mehr. Im Vergleich zu anderen Tieren haben Primaten, zu denen auch der Mensch gehört, eine viel größere Hirnrinde. Wissenschaftler sind seit langem davon überzeugt, dass es diese evolutionäre Eigenschaft ist, die unserem Gehirn die Fähigkeit verleiht, komplexe Berechnungen durchzuführen.

Wie genau funktioniert der Kortex?

Die Leistung eines Computers wird durch jede seiner Komponenten sowie durch die Anordnung und Verdrahtung der Komponenten bestimmt – „die Struktur bestimmt die Funktion.“ Dies ist auch ein zentrales Gesetz der Biologie.

Die Großhirnrinde ist eine komplexe Struktur mit sechs Schichten, die mit verschiedenen Arten von Neuronen und nicht-neuronalen Zellen gefüllt ist. Art, Eigenschaften, Verteilung und Organisation jeder einzelnen Zelle bestimmen die Funktion der Großhirnrinde. Die grundlegendste Methode für Wissenschaftler, Funktionen zu analysieren, besteht darin, Zellen genau zu katalogisieren .

Copyright-Bilder in der Galerie. Der Nachdruck und die Verwendung können zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.

Die unbestrittenen Protagonisten sind natürlich die Neuronen. Sie werden elektrisch aktiviert, leiten elektrische Signale und verbinden sich miteinander, um neuronale Netzwerke zur Informationsverarbeitung zu bilden. Zwei Arten von Neuronen beeinflussen das Gleichgewicht der Gehirnaktivität:

1. Glutamatneuronen , auch als erregende Neuronen bekannt, können die Rechenleistung des Gehirns verbessern.

2. GABAerge Neuronen , auch als hemmende Neuronen bekannt, reduzieren die Aktivität neuronaler Netzwerke.

Nicht-neuronale Zellen sind nicht so wichtig wie Neuronen, spielen aber keineswegs eine unterstützende Rolle. Sie können dazu beitragen, das Gehirn vor Infektionen zu schützen, den Nervenstoffwechsel zu unterstützen und molekularen Abfall zu beseitigen. Neuere Studien haben zudem gezeigt, dass nicht-neuronale Zellen für die Bildung neuronaler Netzwerke in den frühen Entwicklungsstadien unerlässlich und im Kampf gegen neurodegenerative Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit unersetzlich sind .

Das Autorenteam der neuen Studie verwendete die räumlich-zeitliche Omics-Technologie (Stereo-seq), um genetische Informationen (Transkriptom) aus mehreren Zellen gleichzeitig zu extrahieren und dabei die Aktivität von etwa 500 Genen für jede Zelle aufzuzeichnen und so einen molekularen Fingerabdruck jeder Zelle zu erstellen. Anschließend wurden mithilfe von KI-Tools fast 1,5 Millionen Zellen aus 143 Regionen in 264 verschiedene Typen eingeteilt und ihre Positionen in der Hirnrinde kartiert. Darunter machen erregende Neuronen den größten Anteil aus, etwa 60–70 %, der Rest sind hemmende Neuronen und nicht-neuronale Zellen.

Die komplexe und detaillierte zelluläre Katalogisierung hat tiefgreifende Erkenntnisse gebracht.

Das Forschungsteam stellte fest, dass Gehirnzellen in der Hirnrinde gerne in „Cliquen“ verteilt sind und dass die Verteilung einer großen Anzahl erregender Neuronen, hemmender Neuronen und nicht-neuronaler Zellen eine signifikante Spezifität für die Hirnrinde und die Hirnregion aufweist. Gehirnregionen auf unterschiedlichen Ebenen der Hirnrinde weisen unterschiedliche Zelltypen auf, und Gehirnregionen auf derselben Ebene weisen häufig Cluster ähnlicher Zelltypen auf.

Darüber hinaus entdeckten sie sechs Arten von erregenden Neuronen, die nur bei Primaten vorkommen und in der vierten Schicht der Hirnrinde verteilt sind. Diese Zellen exprimierten in hohem Maße Gene, die mit menschlichen Krankheiten wie Sprachstörungen und geistiger Behinderung in Zusammenhang stehen .

Diese Arbeit kann Wissenschaftlern dabei helfen, ein tieferes Verständnis von Themen wie der Interaktion von Gehirnzellen, der neuronalen Informationsübertragung und den Funktionen von Gehirnregionen zu erlangen. Auch die Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu einigen Gehirnerkrankungen wird davon profitieren. Möglicherweise gewinnen wir durch Mindmaps sogar Erkenntnisse zur KI.

Der Akademiker Muming Poo, akademischer Direktor des Center for Brain and Intelligence Excellence der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte: „Das Team wird auch in Zukunft die institutionen- und fachübergreifende Zusammenarbeit in den Bereichen Mechanismen und Zielforschung und -entwicklung bei Gehirnerkrankungen, Evolution von Gehirnzellen und Gehirnstrukturen sowie zelluläre und molekulare Mechanismen der Gehirnfunktion fortsetzen, um China dabei zu unterstützen, in diesen Bereichen weiterhin originelle und führende Ergebnisse zu erzielen.“

Verweise

Wissenschaftler haben gerade die bisher vollständigste Karte der Affenrinde enthüllt

Planung und Produktion

Quelle: World Science

Herausgeber: Cui Yinghao

Das Titelbild und die Bilder in diesem Artikel stammen aus der Copyright-Bibliothek

Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen

Bitte antworten Sie mit „Nachdruck“, um den Originaltext und die Bilder erneut zu drucken.