Исследование проливает свет на эволюцию складчатости мозжечка у млекопитающих

Учёные охарактеризовали складчатость коры мозжечка, используя данные о 56 видах млекопитающих. Это позволило изучить разнообразие и эволюцию складчатости мозжечка и её связь с анатомией большого мозга (церебрума).

Исследование, проведённое в Институте Пастера и опубликованное в eLife, показывает, что размер и складчатость мозжечка тесно связаны с размером и складчатостью церебрума у разных видов. Также доказано, что крупный мозжечок имеет непропорционально больше складок, чем маленький. При этом размер каждой отдельной складки (фолии) остаётся постоянным у разных видов, несмотря на большие различия в размере мозга.

Церебрум — самая большая часть мозга млекопитающих, отвечающая за зрение, слух, инициацию и координацию движений. Мозжечок меньше, но содержит гораздо больше нейронов и играет важную роль в когнитивных функциях и управлении движением, включая контроль мышц, баланс и моторику.

Складчатость мозга (образование борозд и извилин) значительно увеличивает отношение площади поверхности к объёму, позволяя разместить больше нейронов в меньшем объёме. Этот процесс важен для развития, связности и организации как церебрума, так и мозжечка.

"Изучение складчатости мозжечка сложно из-за малого размера и обилия его фолий — маленьких листоподобных структур на сильно изрезанной поверхности мозжечка. Как следствие, мало что известно о его разнообразии и эволюции у разных видов", — объясняет ведущий автор Катя Хойер.

Чтобы восполнить этот пробел, исследователи проанализировали данные о структуре мозга 56 видов млекопитающих, включая человека. Данные были получены из открытых источников, таких как проект BigBrain и Коллекция сравнительной анатомии мозга млекопитающих. Для анализа использовали веб-инструмент MicroDraw и филогенетические деревья с сайта TimeTree, чтобы учесть эволюционную взаимосвязь видов.

Результаты выявили две группы фенотипических характеристик:

1. «Разнообразные» характеристики, сильно варьирующиеся между видами: масса тела, масса мозга, площадь и длина сечения мозжечка и церебрума. Они менялись на несколько порядков вместе с размером тела.
2. «Стабильные» характеристики, показавшие гораздо меньшую вариативность: ширина фолий и толщина молекулярного слоя коры мозжечка. Они менялись незначительно при изменении размера мозга.

Анализ эволюционного пути видов показал согласованное изменение размера мозга и тела. Приматы, включая человека, стали исключением из этого тренда, имея большой мозг относительно размера тела.

Результаты подтвердили сильную корреляцию размеров мозжечка и церебрума и показали, что крупные мозжечки имеют непропорционально больше складок. Аналогично, ширина складок мозжечка была связана с толщиной молекулярного слоя. Эти паттерны были высоко консервативны у всех изученных видов, что указывает на общий механизм, лежащий в основе складчатости церебрума и мозжечка у млекопитающих.

Авторы отмечают ограничения исследования, связанные с небольшим числом видов, что позволило анализировать только глобальные нейроанатомические измерения. Изучение локальных вариаций потребует большего количества видов и 3D-реконструкций.

"Наши результаты позволяют ближе рассмотреть природу макроскопической анатомии мозжечка, её связь с анатомией церебрума, разнообразие у видов млекопитающих и её эволюцию", — заключает старший автор Роберто Торо.

"Полученные данные позволяют предположить, что процесс, ведущий к складчатости мозжечка и церебрума, один и тот же. В обеих структурах складчатость должна приводить к формированию сильно консервативных, механически канализированных нейроанатомических модулей, которые могут играть важную роль в их функциональной организации".