Ученые выяснили, как из одной клетки получается мозг со 170 миллиардами нейронов

Человеческий мозг, состоящий из примерно 170 миллиардов клеток, начинает своё развитие из одной-единственной клетки. Ученые из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) предложили новую теорию, объясняющую, как такое сложное устройство формируется без хаоса.

Исследователи под руководством Стэна Керстенса и профессора Энтони Задора опубликовали работу в журнале Neuron, в которой утверждают, что ключ к организации мозга может быть удивительно прост: клетки «помнят» свою родословную.

«Единственное, что „видит" клетка — это себя и своих соседей, — объясняет Керстенс. — Но её судьба зависит от того, где она находится. Клетка в неправильном месте становится неправильной вещью, и мозг развивается неправильно. Поэтому каждая клетка должна решить два вопроса: „Где я?" и „Кем мне нужно стать?"».

Традиционно считалось, что клетки общаются с помощью химических сигналов. Однако в мозге, содержащем миллиарды нейронов, такие сигналы ослабевают на больших расстояниях. Ученые предположили, что клетки используют принцип, похожий на расселение людей: потомки селятся рядом с родителями, создавая крупные структуры без необходимости в дальней связи.

«Потомки селятся рядом со своими родителями, поэтому люди с общим происхождением оказываются в соседних регионах, создавая крупномасштабные географические структуры без дальней связи, — говорит Керстенс. — Мы утверждаем, что аналогичный принцип действует в развивающемся мозге. Клетки, происходящие от одного предшественника, как правило, остаются рядом друг с другом».

Чтобы проверить эту идею, команда разработала «модель масштабируемой позиционной информации на основе родословной». Сначала они провели теоретические расчеты, затем изучили паттерны экспрессии генов в развивающемся мозге мышей, а после протестировали модель на рыбах данио-рерио, получив схожие результаты. Это говорит о том, что механизм может быть универсальным для разных видов.

Исследователи полагают, что химическая сигнализация и клеточная родословная работают вместе, обеспечивая правильное расположение клеток. Эта теория может быть применима не только к мозгу, но и к другим развивающимся тканям, включая опухоли, а также к будущим самореплицирующимся системам искусственного интеллекта.

«Мозг каким-то образом делает нас разумными, — заключает Керстенс. — Как ему удалось накопить эту способность не только за время своего развития, но и за эволюционное время? Это одна из частей большой головоломки».