Мы знаем, что воспоминания рождаются в гиппокампе, а чувство тревоги и «бей или беги» — в миндалине. Но это лишь вершина айсберга. У человека около 86 миллиардов нейронов и почти столько же глиальных клеток, и до сих пор никто не составил полной карты того, как они соединяются в сети и превращают электрические импульсы в мысли. Теперь ученые хотят исправить ситуацию.
В Шанхае стартовал Международный консорциум по картированию мозга приматов (ICPBM). В него вошли исследователи из Австралии, Китая, Германии, Венгрии, Индии, Южной Кореи и Испании. Всего более ста ученых из 25 стран. Об этом сообщает журнал Science.
«Мы хотим понять архитектуру мозга, которая лежит в основе всех его функций», — объяснил председатель ICPBM Му-мин Пу, директор Института нейронаук Китайской академии наук.
Ученые намерены создавать «мультиомные атласы» мозга мармозеток (карликовые обезьяны), макак и человека. Это подробные карты, где будут описаны все типы клеток, какие гены в них активны и куда тянутся их отростки. Проект рассчитан на 25 лет и охватит разные стадии развития: от детских и взрослых мозгов до стареющих и пораженных болезнями вроде инсульта или Альцгеймера.
Для сравнения: мозг мармозетки размером с половину грецкого ореха содержит свыше миллиарда клеток — вдвое больше, чем у мыши. У макаки, чей мозг примерно с авокадо, их около 13 миллиардов. А у человека — на порядок больше. Создать карту такого масштаба в одиночку не может ни одна лаборатория в мире, поэтому и понадобилось объединение.
«Масштаб проекта поражает. Еще недавно подобные задачи казались невыполнимыми, но теперь технические барьеры постепенно снимаются», — отметил нейробиолог Марчелло Роса из Университета Монаша.
Китай предоставит ключевую инфраструктуру: центры для сверхточной визуализации мозга в Сучжоу, Хайнане и Шэньчжэне, а также базы данных для обмена результатами. Правительство пообещало финансирование, суммы пока обсуждаются. Другие участники внесут свои ресурсы: Индийский технологический институт в Мадрасе исследует десятки человеческих мозгов после вскрытий, а Иран строит национальный приматный центр. Союз азиатских синхротронов SYNAPSE собирается использовать мощное рентгеновское излучение, чтобы рассмотреть человеческий мозг на уровне отдельных клеток.
Большую надежду возлагают на новые методы секвенирования. Например, платформа Stereo-cell от китайской компании BGI способна анализировать почти миллион клеток за раз и даже работать с образцами, которые годами хранились в парафине. Это открывает путь к изучению мозга в масштабах, которые раньше казались фантастикой.
Хотя конечная цель — понять именно человеческий мозг, исследователи делают ставку и на обезьян. Дело не только в том, что доступ к человеческим тканям ограничен, а в том, что донорство после смерти остается редкостью. Важно и качество материала. Даже хорошо сохраненные образцы уступают свежим данным от животных. Кроме того, сопоставление мозгов разных приматов может подсказать, что делает интеллект человека уникальным.
Китай здесь имеет преимущество, так как в стране меньше ограничений на эксперименты с живыми обезьянами. Ученые могут напрямую наблюдать работу их мозга, вводить красители для визуализации или вживлять электроды. При этом Му-мин Пу уверяет, что консорциум будет придерживаться международных стандартов этики.
Ожидается, что результаты помогут раскрыть молекулярные механизмы многих болезней — от инсульта до Альцгеймера. Но есть и более амбициозная цель — приблизиться к пониманию того, как именно нейроны складываются в мысль и сознание.
Проект продолжает серию предыдущих картирований мозга. Ученые уже составили полные атласы мозга дрозофилы и рыбки данио, а в 2023 году в рамках американской программы BRAIN Initiative был опубликован атлас транскриптома мышиного мозга — карты того, какие гены активны в разных клетках. Сейчас участники программы работают над созданием «коннектома» — детальной схемы всех нейронных связей, своего рода карты «проводки» мозга. На это уйдет, по их прогнозам, 5–10 лет.
Но когда речь идет о приматах, объемы увеличиваются многократно.
«Только объединив экспертизу, технологии и данные, можно справиться с такой задачей в разумные сроки», — считает нейробиолог Дон Вон Ким из Орхусского университета.
Хонгкуй Цзэн из Института мозга Аллена, которая наблюдала за запуском инициативы, уверена, что результаты окажут огромное влияние на нейронауку.