人間の脳は自然界で最も複雑な構造の 1 つです。ここでは約 1,000 億個のニューロンが結合しています。これは天の川の星と同じ数です。お互いや環境との相互作用を通じて、思考、意識、感情が生じます。近年、個々の脳細胞や脳領域の機能だけでなく、何よりもそれらの相互の接続であるコネクトームが重要であることがますます明らかになってきています。 「脳がどのように配線されているかを理解することは、脳が情報をどのように処理するかを理解する上で重要なステップの 1 つです」と研究リーダーであるシアトルのアレン脳科学研究所のホンクイ・ゼン氏は説明します。しかし、これまでのところ、神経配線の完全な地図が存在する唯一の動物種は線虫の線虫で、ニューロンの数はわずか 320 個で、この小さな脳は哺乳類の思考器官の複雑さには及びません。
哺乳類の脳の「ロードマップ」
Zeng と彼の同僚は、哺乳類の脳内の配線全体を初めてマッピングしました。彼らは動物モデルとしてマウスを選択しました。その脳には少なくとも7,500万のニューロンが含まれており、構造と機能が人間の脳と比較的似ています。研究者らは、1,700 匹のマウス脳のスライスごとの高解像度スキャンを丹念に作成しました。次に、これらを 3 次元モデル、つまりニューロン接続の 3D アトラスに結合しました。 Allen Mouse Brain Connectivity Atlas にはこれまでに 1.8 ペタバイトを超えるデータが含まれています。これらが HD ビデオだった場合、すべてを再生するには連続 23.9 年かかります。
「これまでの脳研究は、不完全で断片化されたデータセット、つまり縮尺が非常に異なる小さな地図セクションにのみ頼ることができました」とソーク生物学研究所のエド・キャロウェイ氏は説明する。 「今、私たちは脳全体に関する完全かつ一貫したデータに初めてアクセスできるようになりました。」しかし、研究者らが強調しているように、新しい脳地図は完成には程遠い。 「これまでのところ、高速道路と高速道路が接続する大都市のレベルでの道路地図が得られます」と、共著者であるカリフォルニア工科大学のデイビッド・アンダーソン氏は説明します。次のステップでは、より小さな道路と高速道路との交差点が追加され、その後、最小の接続も追加されます。
出生前の脳を調べてみる
2 番目のマップは、出生前、つまり妊娠中期頃の人間の脳における遺伝子活動を初めて示しています。それは私たちの思考器官の発達における重要な段階に光を当てます。なぜなら、この年齢では、人生を通じて私たちの思考や感情を形作る多くの構造が作成されるからです。自閉症などの発達障害もこの時期に発生した可能性が高いです。アレン脳科学研究所のエド・レイン率いる研究グループは、マッピングのために、妊娠15、16、21週目に流産で死亡した4人の胎児の脳の組織切片を使用した。解剖学的特徴をマッピングした後、研究者らはこれらのメッセンジャー分子を介した遺伝子活性を決定するために、300 個のサンプルから RNA を単離しました。
「脳内のどこで遺伝子が活動しているかを知ることで、その役割に関する貴重な情報が得られます」とレイン氏は説明する。新しいアトラスでは、脳が健全に発達するために胎児にどの遺伝子活性が必要かを示すテンプレートが手に入りました。これは、この段階で特定の神経疾患の何が問題になっているのかを知るのに役立ちます。新しいアトラスは、この点に関してすでに初期の結果をもたらしています。新しいデータを使用して、研究者らは、自閉症では、胎児の発育中にある領域の遺伝子活性が特に増加していることを特定することができました。この領域は、後に、とりわけ、社会的行動のいくつかの側面、つまり自閉症の人が特定の異常を示す領域に関与します。
