Обратная миграция нейронов: как формируется эволюционная архитектура мозга

Исследователи из Университета Нью-Гэмпшира изучили процесс развития коры головного мозга и то, как нейроны уточняют свои позиции после рождения. Работа проливает свет на эволюционный переход от древней трёхслойной коры к шестислойной коре, характерной для высших млекопитающих, включая человека.

Постнатальный (послеродовой) процесс перестройки долго оставался малоизученным. Данное исследование впервые предоставило доказательства медленного обратного движения нейронов, которые смещаются назад, чтобы занять окончательное положение. Этот процесс формирует шестислойную новую кору (неокортекс), необходимую для высших когнитивных функций: обучения, рассуждений и памяти.

«Представьте размещение нейронов в коре мозга как катание на горнолыжном курорте. Прямая миграция — это как подъём на подъёмнике на вершину горы. Наверху лыжники собираются, создавая временную скученность. Но вершина — не конечная цель, поэтому они расходятся, двигаясь назад и вниз по склону. Нейроны мозга ведут себя похожим образом», — пояснил Сюаньмао Чен, доцент нейробиологии.

Ранее исследования в основном фокусировались на нейрогенезе (рождении нейронов) и их быстрой однонаправленной миграции на ранних этапах эмбрионального развития. Однако учёные обнаружили, что после рождения нейроны медленно движутся назад, чтобы скорректировать свою финальную позицию. Именно это обратное постнатальное движение способствовало эволюционному переходу от трёхслойной коры к шестислойному неокортексу. Без обратного движения могла бы сформироваться только компактная трёхслойная кора, а правильное формирование разреженного шестислойного неокортекса было бы невозможно.

«Шестислойный неокортекс критически важен для высших когнитивных функций, включая рассуждение, обработку языка и математические способности. У животных с трёхслойной корой, таких как черепахи, аллигаторы и другие рептилии, структура мозга проще, что не позволяет им обучаться сложным задачам или обрабатывать много информации. Они больше полагаются на инстинктивное поведение, а не на сложные рассуждения», — отметил Чен.

В исследовании, недавно опубликованном в журнале Development, результаты получены на моделях мышей. Учёные использовали иммуноокрашивание, чтобы определить направление ресничек (клеточных «антенн») на нейронах в постнатальных слоях мозга мыши, таких как гиппокамп и неокортекс. Они сосредоточились на ориентации ресничек возбуждающих нейронов, которые воспринимают и реагируют на окружающую среду.

Исследователи обнаружили изменения ориентации ресничек в ходе постнатального развития: реснички на молодых нейронах были направлены в противоположную сторону по сравнению с ресничками на старых нейронах. В то же время, в разреженных слоях (шестислойный неокортекс) реснички преимущественно указывали в одном направлении. Используя эту подсказку, авторы собрали доказательства того, что нейроны движутся назад, против направления радиальной миграции (движения вновь образованных нейронов) в период постнатального роста и репозиционирования.

Исследователи показывают, что это обратное движение нейронов может способствовать гирификации — процессу образования складок на поверхности мозга — и может дать представление о том, как эволюционирует архитектура человеческого мозга.

Исследование даёт ключевое понимание формирования слоёв неокортекса у людей. Оно может иметь важные последствия для понимания эволюции биологического интеллекта и нарушений развития, таких как расстройства аутистического спектра (ASD), лиссэнцефалия («синдром гладкого мозга») и цилиопатии (нарушения, затрагивающие реснички). В долгосрочной перспективе это может привести к разработке новых методов лечения.

Соавторами работы, все из Университета Нью-Гэмпшира, являются Хуань Ян, Сохейла Мирхоссейниардакани, Лиян Цю, Костандина Бича, Абигейл Дель Греко, Кевин Джунгкай Лин и Марк Лион.