Учените откриха неочаквано четирислойно подреждане в една от ключовите зони на мозъка – хипокампалния регион CA1, който играе основна роля в паметта, ориентацията и емоциите. Това става ясно от ново изследване, публикувано в Nature Communications и представено от ScienceDaily, което описва йерархична организация, невидима досега дори за най-съвременните методи за мозъчно картографиране.

Екипът от Института по невроизобразяване и информатика „Марк и Мери Стивънс“ към Медицинското училище „Кек“ (USC) прилага високорезолюционна РНК визуализация, за да анализира над 330 000 генетични сигнала от десетки хиляди неврони. Резултатът е подробна карта, показваща четири ясно разграничени, но динамични слоя клетки, които се променят по дебелина и разположение по протежение на CA1. Тази прецизна структура може да обясни защо различните части на хипокампа управляват различни видове поведение – от формирането на спомени до навигацията в пространството.

„Отдавна подозирахме, че отделните региони на CA1 имат специфични функции, но не знаехме как е подредена самата клетъчна архитектура,“ казва д-р Майкъл Биенковски, водещ автор на изследването. „Сега виждаме четири тънки, простиращи се по дължината на структурата слоеве – всеки от тях е уникален по своята молекулярна подпечатка.“

Това откритие опровергава предходни предположения, според които CA1 е по-скоро хетерогенна „мозайка“ от смесени клетъчни типове. Новите данни показват, че всъщност той е организиран подобно на геоложки пластове: ясно разграничени, но леко изкривяващи се по протежение на региона.

Прецизните РНК изображения разкриват „ивици“, които съответстват на отделни типове неврони. Тези структури не са статични – те се изместват, преоформят и променят съотношенията си в различните участъци на хипокампа. Именно тази вариабилност вероятно диктува защо една част на CA1 участва в пространствена навигация, докато друга – в обработката на емоции или конкретни видове памет.

Ключ към разбирането на невродегенеративните заболявания

Хипокампът е сред първите мозъчни региони, засегнати от болестта на Алцхаймер. Той също е замесен в епилепсията и депресивните разстройства. Затова новата четирислойна карта на CA1 може да се окаже критичен инструмент за определяне на клетъчните типове, които най-често се увреждат.

„Ако конкретно заболяване атакува клетки от един слой, ефектът няма да бъде еднакъв навсякъде,“ обяснява Биенковски. „Някои части на CA1 ще бъдат по-уязвими от други.“

Тази нова перспектива позволява на учените да свържат клетъчната анатомия с функционалните пътища на паметта и ориентацията – както и да търсят ранни биомаркери за невродегенеративни процеси.

Как новите методи променят мозъчната наука

За анализа е използвана методиката RNAscope, позволяваща изключително прецизно визуализиране на отделни РНК молекули в мозъчната тъкан. Това дава възможност не само да се идентифицират активните гени, но и да се очертае точната граница между клетъчните типове.

„Технологиите за визуализация и модерните данни трансформират начина, по който разбираме мозъка,“ казва проф. Артър Тога, директор на Stevens INI, цитиран от ScienceDaily. „Това изследване е поредният пример как съвременната невронаука преминава от груба анатомия към прецизна клетъчна картография.“

В перспектива учените планират да използват новата карта, за да изследват как всеки слой на CA1 участва в различни когнитивни процеси. „Да свържем тези слоеве с поведението е следващото голямо предизвикателство,“ допълва Биенковски.