中国の科学チームが主導！世界唯一の「脳地図」が世界トップの雑誌に掲載される

脳はどのような細胞から構成されていますか？脳細胞の空間分布パターンは何ですか?これは脳科学における根本的な疑問です。

もし人間の脳にある何百億もの細胞の種類、形態、分布、接続、遺伝子発現を地図の形で描くことができれば、脳科学者の脳に対する理解は、あなたや私が地図を見るのと同じくらい明確になるでしょう。

人間の脳細胞の地図を描くには長い時間がかかるでしょう。しかし、サルの脳の地図はすでにオンラインになっています。 7月12日、科学誌「セル」は、中国の科学チームによって完成した、マカクザル大脳皮質細胞の単一細胞解像度と最も完全な空間分布マップを世界で初めて発表した。

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大脳皮質は脳の最も外側の層であり、推論、意思決定、変化する環境への適応など、多くの重要な認知機能を担っています。他の動物と比較すると、人間に代表される霊長類ははるかに大きな皮質を持っています。科学者たちは長い間、この進化的特徴が私たちの脳に複雑な計算を実行する能力を与えていると信じてきました。

では、皮質は具体的にどのように機能するのでしょうか?

コンピュータのパフォーマンスは、各コンポーネントと、コンポーネントの配置および配線によって決まります。つまり、「構造が機能を決定する」のです。これは生物学の重要な法則でもあります。

大脳皮質は、さまざまな種類のニューロンと非ニューロン細胞で満たされた複雑な 6 層構造です。各細胞の種類、特性、分布、組織によって大脳皮質の機能が決まります。科学者が機能を分析する最も基本的な方法は、細胞を正確にカタログ化することです。

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もちろん、ニューロンは議論の余地のない主役です。これらは電気的に活性化され、電気信号を伝導し、互いに接続して神経ネットワークを形成し、情報を処理します。脳活動のバランスに影響を与えるニューロンには 2 種類あります。

1. 興奮性ニューロンとしても知られるグルタミン酸ニューロンは、脳の計算能力を向上させることができます。

2. GABA作動性ニューロン（抑制性ニューロンとも呼ばれる）は、神経ネットワークの活動を低下させます。

非神経細胞は神経細胞ほど重要ではありませんが、決して補助的な役割を担っているわけではありません。それらは、脳を感染から守り、神経代謝をサポートし、分子廃棄物を除去するのに役立ちます。最近の研究では、非神経細胞は発達の初期段階での神経ネットワークの形成に不可欠であり、アルツハイマー病などの神経変性疾患との闘いにおいてかけがえのないものであることも示されています。

新しい研究の著者チームは、時空間オミクス技術（Stereo-seq）を使用して、複数の細胞から同時に遺伝情報（トランスクリプトーム）を抽出し、各細胞の約500個の遺伝子の活動を記録し、各細胞の分子指紋を作成しました。その後、AIツールの助けを借りて、143の領域からの約150万個の細胞が264の異なるタイプに分類され、皮質内の位置がマッピングされました。そのうち興奮性ニューロンが約60%～70%と最も多くを占め、残りは抑制性ニューロンと非神経細胞です。

複雑かつ詳細な細胞カタログ作成により、深い洞察が得られました。

研究チームは、皮質の脳細胞は「クリーク」状に分布することを好むこと、そして多数の興奮性ニューロン、抑制性ニューロン、非ニューロン細胞の分布が顕著な皮質および脳の領域特異性を示していることを発見した。異なる皮質レベルの脳領域には異なるタイプの細胞があり、同じレベルの脳領域には類似した細胞タイプが集まっていることがよくあります。

さらに、研究者らは、大脳皮質の第4層に分布する霊長類特有の6種類の興奮性ニューロンも発見した。これらの細胞は、言語機能障害や知的障害など、人間の病気に関連する遺伝子を高度に発現していました。

この研究は、科学者が脳細胞の相互作用、神経情報の伝達、脳領域の機能などの問題に対する理解を深めるのに役立つ可能性があり、一部の脳疾患の研究開発にも恩恵をもたらすでしょう。マインドマップから AI に関する洞察が得られるかもしれません。

中国科学院脳知能卓越センター学術ディレクターの坤穆明院士は、「今後も研究チームは脳疾患のメカニズムと標的の研究開発、脳細胞と脳構造の進化、脳機能の細胞と分子のメカニズムの分野で機関間、分野間の協力を継続し、中国がこれらの分野で独創的で先導的な成果を出し続けるよう推進していく」と述べた。

参考文献

科学者らがこれまでで最も完全なサルの大脳皮質地図を公開

企画・制作

出典: ワールドサイエンス

編集者：崔英浩

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