Мозг человека начинается с одной клетки. В процессе развития из нее формируется сеть примерно из 170 млрд клеток, и каждая должна занять строго определенное место. От этого зависит, как будут формироваться нервные цепи и работать весь орган.
Как клетки ориентируются в растущем мозге, долго оставалось одним из ключевых вопросов нейробиологии. Ученые из лаборатории Колд‑Спринг‑Харбор, Гарвардского университета и Цюрихского технологического института опубликовали в журнале Neuron объяснение этого процесса.
Для клетки главный вопрос развития сводится к двум моментам — где она находится и какой тип клетки из нее должен сформироваться. При этом клетка «видит» только ближайших соседей. Если она оказывается не в нужной области ткани, развитие мозга может пойти с ошибками.
Долгое время ученые считали, что клетки «общаются» через химические сигналы. Представьте себе шепот в шумном зале: на расстоянии он теряется. Точно так же и химические сигналы — они ослабевают, не доходя до клеток в глубине растущего мозга. Как же тогда эти клетки «понимают», где им нужно находиться?
Исследователи сравнили клетки с семьями, которые расселяются по стране из поколения в поколение: дети селятся рядом с родителями, внуки — рядом с дедами. В результате люди с общими предками оказываются в соседних регионах, и так постепенно формируется география страны. Похожим образом действуют и клетки мозга: те, что произошли от одного предка, как правило, остаются рядом друг с другом.
Чтобы проверить эту идею, исследователи построили математическую модель распределения клеток. Затем они сравнили ее с данными о работе генов в развивающемся мозге мышей. Дополнительные эксперименты провели на рыбах данио, что помогло проверить, работает ли принцип в мозге другого размера.
Анализ показал, что химические сигналы действительно участвуют в формировании мозга, но действуют вместе с «родословной» клеток. Потомки одной клетки чаще оказываются в соседних областях, и это помогает формировать структуру растущей нервной ткани.
По мнению авторов, похожий механизм может работать и в других развивающихся тканях организма, включая опухоли. Кроме того, этот принцип может оказаться полезным для технологий, где сложные системы строятся из множества взаимодействующих элементов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ИИ проверил, как мозг помогает нам находить дорогу.
