Hersenatlas: Ambitieus onderzoek kan leiden tot nieuwe inzichten over dementie

Geschatte leestijd: 3-4 minuten

WASHINGTON – Door het menselijk brein op cellulair niveau gedetailleerder dan ooit tevoren te onderzoeken, hebben wetenschappers een enorme reeks celtypen geïdentificeerd – meer dan 3.300 – die onze meest complexe organen bevolken. Daarmee is een atlas ontstaan die kan helpen bij het bepalen van de cellulaire basis van neurologische aandoeningen. ziekten. en het faciliteren van nieuwe behandelingen.

De donderdag onthulde ambitie onderzocht ook overeenkomsten en verschillen tussen de hersenen van mensen en andere primaten – chimpansees, gorilla’s, resusapen en mensapen – waarbij enkele factoren werden benadrukt die ons scheiden van onze evolutionaire verwanten en ons echt menselijk maken.

Dit werk werd gepresenteerd in 21 onderzoeken gepubliceerd in Science en twee andere tijdschriften, en werd ondersteund door het Cell Count Network Consortium van het BRAIN Initiative van de Amerikaanse overheid.

Het menselijk brein is complex in zowel zijn bruikbaarheid (waarnemen, bewegen, lezen, schrijven, spreken, denken en meer) als in zijn cellulaire diversiteit.

Zenuwcellen – of zenuwcellen – zijn de basiseenheden van de hersenen, die sensorische input ontvangen, opdrachten doorgeven aan de spieren en onderweg elektrische signalen doorgeven. De hersenen bestaan uit ongeveer 100 miljard neuronen, naast een groter aantal niet-neuronale cellen. Deze zijn allemaal georganiseerd in honderden verschillende hersenstructuren die een reeks functies besturen.

Het onderzoek identificeerde 3.313 celtypen, bijna tien keer meer dan voorheen bekend was, evenals de volledige reeks genen die door elk celtype werden gebruikt, terwijl hun regionale verspreiding in de hersenen in kaart werd gebracht.

“De atlas van hersencellen als geheel vormt het cellulaire substraat voor alles wat we als mens kunnen doen”, zegt neurowetenschapper Ed Lin van het in Seattle gevestigde Allen Institute for Brain Science, een van de onderzoekers.

READ Waarom worden insecten aangetrokken door gloeilampen in huis?

Verschillende celtypen hebben verschillende kenmerken en zullen waarschijnlijk verschillend worden beïnvloed door ziekten, zei Lin.

Eén verrassing was dat de cellulaire diversiteit geconcentreerd was in de evolutionair oudere delen van de hersenen – de middenhersenen en de achterhersenen – in plaats van in de neocortex, die verantwoordelijk is voor hogere cognitieve functies, waaronder leren, besluitvorming, zintuiglijke waarneming, geheugen en taal.

Hersengerelateerde ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson en amyotrofische laterale sclerose, behoren tot de meest ongeneeslijke ziekten.

“Voor de meeste hersenziekten is nog steeds geen genezing of zelfs genezing mogelijk, en deze atlas zou moeten dienen als basis voor het versnellen van de vooruitgang bij het begrijpen van de gedetailleerde cellulaire basis van ziekten en het richten op toekomstige generaties therapieën,” zei Lin.

Onderzoekers hebben de genetische schakelaars en hersenceltypen in kaart gebracht die verband houden met de ziekte van Alzheimer – de meest voorkomende vorm van dementie – en verschillende neurologische en psychiatrische stoornissen, waaronder schizofrenie, bipolaire stoornis en ernstige depressie.

Ze bevestigden een verband tussen microglia – een soort immuuncel in de hersenen – en de ziekte van Alzheimer, en onthulden een verband tussen bepaalde soorten zenuwcellen in de hersenen en schizofrenie, een ernstige psychische aandoening die wordt gekenmerkt door een ontkoppeling van de realiteit.

Bovendien zochten de onderzoekers naar mensspecifieke eigenschappen door de temporale cortex – een gebied van de neocortex dat geassocieerd wordt met taalbegrip, naast andere hogere cognitieve functies – bij mensen en onze nauwste evolutionaire verwanten, zoals chimpansees en gorilla’s, te vergelijken.

READ United Launch Alliance heeft met succes haar nieuwe Vulcan-raket getest

Hoewel de cellulaire organisatie vergelijkbaar was, bleken sommige genen bij mensen anders te functioneren dan bij de andere twee soorten, waaronder verschillende genen die betrokken zijn bij neurale communicatie.

“Dit betekent dat er versnelde specialisaties van corticale neuronen bij mensen plaatsvinden die kunnen bijdragen aan verschillen in de functie van het corticale circuit en onze verschillende cognitieve vaardigheden”, zegt Trygve Bakken, een neurowetenschapper aan het Allen Institute.

Lin voegde eraan toe dat deze moleculaire modificaties die plaatsvonden in specifieke celtypen bij mensen in vergelijking met chimpansees en gorilla’s waarschijnlijk van invloed zijn op hoe ze “met elkaar verbonden zijn – of de flexibiliteit van die verbindingen – en mogelijk een belangrijk onderdeel zijn van wat het menselijk brein speciaal maakt.”

Wetenschappers verwachten dat er nog een lange weg te gaan is in hersenonderzoek.

“We beginnen nog maar net de complexiteit van het menselijk brein te bepalen”, zegt een van de andere onderzoekers, Ping Ren, directeur van het San Diego Center for Epigenetics van de Universiteit van Californië. “Er is meer werk nodig om de diversiteit, diversiteit en functie van de hersenstructuur en -functie volledig te begrijpen.”