Cellulära grunder för hjärnnätverk avslöjade
Cellulära grunder för hjärnnätverk avslöjade
Rutgers-forskare vid Brain Health Institute (BIH) och Center for Advanced Human Brain Imaging Research (CAHBIR) har upptäckt hur olika typer av hjärnceller samverkar för att bilda storskaliga funktionella nätverk i den mänskliga hjärnan - sammankopplade system som stödjer allt från sensoriska bearbetning till komplext beslutsfattande - banar väg för nya insikter om hjärnans hälsa och sjukdomar.
Genom att peka ut dessa cellulära grunder ger studien, publicerad i Nature Neuroscience, en djupare förståelse för de cellulära grunderna för kognition och mental hälsa.
Hjärnans funktionella egenskaper härrör från de olika celltyperna i dess cortex, det yttersta lagret som ansvarar för många komplexa mentala uppgifter. Ett viktigt mål inom neurovetenskaplig forskning är att förstå hur våra genetiska, molekylära och cellulära processer stödjer hjärnans organisationsegenskaper, mätt genom funktionell magnetisk resonanstomografi.
Historiskt har forskare studerat hjärnans organisationsegenskaper genom att undersöka vävnadsprover från obduktion eller genom att använda invasiva tekniker på djur, såsom att studera vävnadsstruktur (histologi), spåra nervbanor, mäta elektrisk aktivitet (elektrofysiologi) eller att observera förändringar efter att specifika områden skadats (lesionsmetoder).
Framsteg inom genetik och teknik gör det nu möjligt för forskare att studera hur genuttrycksatlaser, som kartlägger hur gener uttrycks differentiellt över hjärnregioner, för att utforska hur olika typer av celler spatialt kan anpassa sig till hjärnnätverksstudier i den allmänna befolkningen.
Forskare fann att vissa celltypsfördelningar är i linje med specifika nätverk i hjärnans cortex, både på nivån för individuella celltyper och multivariata cellulära profiler, eller fingeravtryck.
"Dessa fynd belyser ett samband mellan den funktionella organisationen av den mänskliga hjärnan och dess cellulära underbyggnad", säger Avram Holmes, docent i psykiatri vid Rutgers Brain Health Institute och Center för Advanced Human Brain Imaging Research.
"Studien har betydande implikationer för att förstå den cellulära grunden för hjärnfunktioner över hälsa och sjukdom," sa Holmes.
Denna forskning lägger grunden för framtida studier för att utforska hur våra olika celltyper samverkar inom hjärnans nätverk och för att testa andra potentiella modeller av hur celler bidrar till hjärnans funktion.
Framtida studier bör undersöka sätta att integrera den hierarkiska strukturen av dessa olika celldefinitioner i analyser och överväga alternativa modeller av in vivo hjärnfunktion, säger Holmes.
Abstrakt
Den mänskliga hjärnans funktionella egenskaper härrör delvis från det stora sortimentet av celltyper som mönstrar hjärnbarken. Det kortikala arket kan i stora drag delas in i distinkta nätverk, som är inbäddade i bearbetningsströmmar, eller gradienter, som sträcker sig från unimodala system till högre ordningens associationsterritorier.
Här med hjälp av mikroarrayadata från Allen Human Brain Atlas och enkelkärniga RNA-sekveringsdata från flera kortikala territorier, visar vi att celltypsfördelningar är rumsligt kopplade till den funktionella organisationen av cortex, som uppskattas genom funktionell magnetisk resonansavbildning.
Differentiellt berikade celler följer den rumsliga topografin för både funktionella gradienter och associerade storskaliga nätverk. Distinkta cellulära fingeravtryck var uppenbara över nätverk, och en klassificerare utbildad på postmortem cell-typ distributioner kunde förutsäga det funktionella nätverkets lojalitet av kortikala vävnadsprover.
Dessa data indikerar att en in vivo-organisation av det kortikala arket återspeglas i den rumsliga varianten av dess cellulära sammansättning.
Kommentarer
Skicka en kommentar