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L'atlante dettagliato della corteccia di motore primaria mammifera fornirà un trampolino per la ricerca futura

La ricerca del cervello di NIH through avanzando la rete innovatrice® di censimento delle cellule di iniziativa di Neurotechnologies (CERVELLO) (BICCN) ha rivelato un atlante dei tipi delle cellule e di uno schema elettrico di un neurone anatomico per la corteccia di motore primaria mammifera, derivato dagli studi dettagliati dei mouse, delle scimmie e degli esseri umani. Ciò pubblicamente - le risorse disponibili rappresentano il punto di uno sforzo di collaborazione internazionale da più di 250 scienziati a più di 45 istituzioni attraverso 3 continenti. L'atlante fornisce le fondamenta per lo studio più approfondito sulla cella digita dentro il resto del cervello mammifero e può aiutare gli scienziati a tradurre la ricerca effettuata nei modelli animali agli esseri umani. I risultati compaiono come 17 documenti associati pubblicati in un'emissione dedicata della natura del giornale.

Grazie a questa collaborazione approfondita, ora abbiamo una comprensione completa delle cellule cerebrali trovate nella corteccia di motore del cervello e dei loro beni funzionali di base. L'atlante fornirà un trampolino per ricerca futura sulla struttura e sulla funzione del cervello all'interno di ed attraverso le specie.„

Francis S. Collins, M.D., Ph.D., Direttore di NIH

Il cervello umano è un organo incredibilmente complesso, consistendo di circa cento miliardo neuroni ed approssimativamente di un numero equivalente delle celle e dei trilioni non di un neurone delle connessioni di un neurone. Sebbene tutti gli esseri umani dividano la stessa struttura generale del cervello, vari fattori ambientali e genetici modellano come i nostri cervelli si sviluppano e funzionano. Cioè il cervello di ogni persona riflette le loro esperienze uniche di vita e di sfondo. Una contabilità completa di tutti i tipi delle cellule che comprendono il cervello, le loro caratteristiche e di come differiscono da determinato alla persona è cruciale per la comprensione del che cosa ci rende umani.

D'importanza, capendo i fattori che giocano un ruolo nello sviluppo della struttura e nella funzione del cervello è un punto essenziale ad imparare come malattie; quali schizofrenia, dipendenza, disordini di attacco e la malattia di Alzheimer; sviluppi.

“C'è un bisogno urgente di sviluppare le terapie per ai i disordini basati a cervello. La ricerca condotta come componente di BICCN fornirà agli scienziati gli strumenti che permettono all'ottimizzazione precisa dei tipi delle cellule e delle reti neurali tramite la terapia genomica per i disordini che pregiudicano il pensiero, memoria, l'umore e movimento,„ ha detto Walter Koroshetz, M.D., Direttore dell'istituto nazionale dei disordini neurologici e del colpo.

Gli avanzamenti scientifici durante i 10 anni scorsi hanno permesso che i ricercatori si muovessero oltre analizzare appena le caratteristiche fisiche delle cellule cerebrali verso lo studio delle funzionalità molecolari che sono alla base della funzione delle cellule. I ricercatori possono ora esaminare il transcriptome (l'insieme completo delle letture del gene in una cella, che contiene le istruzioni per la fabbricazione le proteine e degli altri prodotti cellulari) e il epigenome di una cella (l'insieme delle modifiche chimiche al DNA della cella, che altera il modo le informazioni genetiche delle cellule è espresso). Le innovazioni tecniche ora hanno sottoposto a operazioni di disgaggio per tenere conto l'analisi rapida e redditizia di decine di milioni di diverse celle nello sforzo per capire meglio le particelle elementari del cervello.

Questi avanzamenti scientifici forniscono ai ricercatori l'opportunità di capire la struttura e la funzione del cervello ad un livello di dettaglio senza precedenti. Nel 2017, il BICCN ha riunito i gruppi dei ricercatori in uno sforzo coordinato per sviluppare un riferimento completo della cella digita dentro il cervello umano, il cervello della scimmia ed il cervello del mouse. I ricercatori di BICCN precisano per catalogare e mappare le celle differenti del cervello mammifero tanto come un censimento della popolazione, in cui gli addetti al censimento registrano le persone demografiche e le caratteristiche geografiche. I ricercatori messi a fuoco sulla corteccia di motore primaria, un'area del cervello in questione nel gestire movimento complesso che è conosciuto per essere simile attraverso le speci di mammiferi.

Nella serie continuo di studi, i ricercatori hanno utilizzato una batteria di transcriptome unicellulare e le misure del epigenome ottenute da milioni di celle nella corteccia di motore per creare le inter-specie, da struttura guidata da dati della cellula cerebrale digita. I ricercatori hanno caratterizzato gli approcci di rintracciamento morfologici e e del circuito dei tipi che hanno trovato usando una combinazione di elettrofisiologico, della cellula cerebrale. Egualmente hanno usato i dati da transcriptome unicellulare e l'analisi del epigenome per identificare gli indicatori unici del gene che definiscono i molti tipi differenti delle cellule ha trovato nella corteccia di motore primaria. Importante notare, questo lavoro è più di un compendio di tipi delle cellule, poichè egualmente identifica strumenti genetici che permettono precisamente i ricercatori riflette e modula l'attività neurale dei tipi specifici delle cellule.

I ricercatori hanno identificato i simili tipi delle cellule attraverso i mouse, le scimmie e gli esseri umani ma anche le differenze importanti nell'espressione genica che può essere responsabile delle variazioni nel modo informazioni neurali trattate di queste tre specie.

“Con un'integrazione dei dati impressionante dalle tecniche di avanguardia multiple, il BICCN ha creato un riferimento completo che cataloga e caratterizza i molti tipi di celle trovate nella corteccia di motore primaria mammifera, descrivente le loro proporzioni, caratteristiche anatomiche e fisiologiche spaziali di distribuzioni, ed i profili genetici molecolari. Questo lavoro rappresenta un punto cruciale che migliorerà drammaticamente il passo degli avanzamenti nella comprensione del cervello,„ ha detto Joshua Gordon, M.D., il Ph.D., Direttore dell'istituto della salute mentale nazionale.

Questi risultati iniziali collocano le fondamenta per gli sforzi di ricerca futuri che si tuffano più profondo nella struttura e nella funzione delle celle nel cervello mammifero. Questi studi possono comprendere gli sforzi per capire come il cervello matura e si sviluppa come pure la ricerca che esamina i ruoli che la cella distinta digita il gioco nella creazione di pensiero e di comportamento complessi.

“Questo lavoro importante non potrebbe accadere senza le molte menti, istituzioni ed organizzazioni che sono venuto insieme a risolvere un problema molto complesso,„ ha detto Andrea Beckel-Mitchener, il Ph.D., vice direttore dell'iniziativa del CERVELLO di NIH. “Questi studi sono un esempio di come la collaborazione può promuovere la scienza e collocare le ruote nel moto per gli sforzi futuri che rivoluzioneranno la nostra capacità di studiare la funzione del cervello ed i disordini del cervello.„

Source:
Journal reference:

BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) (2021) A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03950-0.