Žmogaus smegenų atlasas atvaizduoja 3300 paslaptingų ląstelių: pirmieji reikšmingi skirtumai tarp mūsų ir šimpanzių smegenų

   „Mokslininkai nustatė apie 3300 smegenų ląstelių tipų, ty daugiau, nei buvo žinoma anksčiau, ir turi tik menką supratimą apie tai, ką dauguma jų veikia.

 

     Tarptautinė mokslininkų komanda, tirianti žmogaus smegenis, sudarė daug geresnį, nei bet kada anksčiau, smegenų atlasą – 375 mln. dolerių vertės tyrimas. 

 

Tyrėjai turi tik menką supratimą apie tai, ką daro naujai atrastos ląstelės.

 

     Rezultatai buvo aprašyti 21 straipsnyje, paskelbtame ketvirtadienį žurnale Science ir keliuose kituose žurnaluose.

 

     Edas Leinas, Sietlo Alleno smegenų mokslo instituto neurologas, vadovavęs penkiems tyrimams, teigė, kad išvados buvo įmanomos dėl naujų technologijų, kurios leido tyrėjams ištirti milijonus žmogaus smegenų ląstelių, surinktų iš biopsijos audinių arba lavonų.

 

     „Tai tikrai parodo, ką dabar galima padaryti“, – sakė daktaras Leinas. „Tai atveria visiškai naują žmogaus neurologijos erą."

 

     Vis dėlto daktaras Leinas sakė, kad atlasas tėra pirmasis juodraštis. Jis ir jo kolegos atrinko tik nedidelę dalį iš 170 milijardų ląstelių, kurios, kaip manoma, sudaro žmogaus smegenis, o būsimi tyrimai tikrai atskleis daugiau ląstelių tipų, sakė jis.

 

     Biologai pirmą kartą pastebėjo 1800-aisiais, kad smegenys sudarytos iš įvairių rūšių ląstelių. 1830-aisiais čekų mokslininkas Janas Purkinje atrado, kad kai kuriose smegenų ląstelėse yra nepaprastai tankūs šakų sprogimai. Purkinje ląstelės, kaip jos dabar žinomos, yra būtinos, norint sureguliuoti raumenų judesius.

 

     Vėlesnės kartos sukūrė metodus, kad kiti ląstelių tipai būtų matomi mikroskopu. Pavyzdžiui, tinklainėje mokslininkai aptiko cilindrines „kūgines ląsteles“, kurios fiksuoja šviesą. Iki 2000-ųjų pradžios mokslininkai vien tinklainėje rado daugiau nei 60 tipų neuronų. Jiems beliko stebėtis, kiek rūšių ląstelių slypi gilesnėse smegenų įdubose, kurias daug sunkiau ištirti.

 

     Gavęs lėšų iš Nacionalinių sveikatos institutų, daktaras Leinas ir jo kolegos ėmėsi smegenų žemėlapio, apžiūrėdami, kaip smegenų ląstelės aktyvuoja skirtingus genus. Smegenyse yra aktyvūs mažiausiai 16 000 genų, jie yra įjungti įvairiais deriniais skirtingų tipų ląstelėse.

 

     Tyrėjai surinko smegenų audinį iš kelių šaltinių, įskaitant neseniai mirusius žmones ir tuos, kuriems buvo atlikta smegenų operacija.

 

     Tyrinėdami šviežią smegenų audinį, mokslininkai prie atskirų ląstelių paviršiaus pritvirtino stiklinius vamzdelius, kad galėtų pasiklausyti jų elektrinio aktyvumo, suleido dažų, kad išsiaiškintų jų struktūrą, ir galiausiai išsiurbė iš ląstelių branduolius, kad galėtų jas atidžiau apžiūrėti.

 

     Užuot atlikę šias procedūras rankomis, tyrėjai sukūrė robotus, kurie efektyviai dirbtų su mėginiais. Dr. Leinas apskaičiavo, kad robotai iki šiol apžiūrėjo daugiau, nei 10 milijonų žmogaus smegenų ląstelių.

 

     Kai kurios naujai identifikuotos ląstelės buvo aptiktos smegenų žievės sluoksniuose ant išorinio smegenų paviršiaus. Šis regionas yra būtinas, atliekant sudėtingas psichines užduotis, tokias kaip kalbos vartojimas ir ateities planų kūrimas.

 

     Tačiau nauji tyrimai atskleidžia, kad didžioji smegenų įvairovės dalis yra už smegenų žievės ribų. Daugybė projekte aptiktų ląstelių tipų yra gilesniuose smegenų regionuose, pavyzdžiui, smegenų kamiene, vedančiame į nugaros smegenis.

 

     Tyrėjai rado daug naujų tipų neuronų, ląstelių, kurios naudoja elektros signalus ir chemines medžiagas informacijai apdoroti. Tačiau neuronai sudaro tik maždaug pusę smegenų ląstelių. Antroji pusė yra daug paslaptingesnė.

 

     Pavyzdžiui, atrodo, kad astrocitai puoselėja neuronus, kad jie galėtų tinkamai veikti. Microglia tarnauja, kaip imuninės ląstelės, puola svetimus įsibrovėlius ir geni kai kurias neuronų šakas, kad pagerintų jų signalizaciją. Tyrėjai taip pat rado daug naujų šių ląstelių tipų.

 

     Tyrėjai taikė tuos pačius metodus šimpanzių ir kitų rūšių smegenims tirti. Lygindami skirtingų rūšių rezultatus, mokslininkai ištyrė, kaip žmogaus smegenys skyrėsi nuo kitų primatų.

 

     Ankstesni tyrimai parodė, kad žmogaus smegenys gali būti išskirtinės iš dalies dėl to, kad jose išsivystė naujų rūšių ląstelės. 

 

Tačiau mokslininkai nustebo, kad visi žmogaus smegenų ląstelių tipai sutapo su šimpanzių ir gorilų, mūsų artimiausių gyvų giminaičių, ląstelių tipais.

 

     Šiose ląstelėse mokslininkai atrado kelis šimtus genų, kurie žmonėms tapo daugiau arba mažiau aktyvūs, nei kitose beždžionėse. Daugelis tų genų yra arti genetinių jungiklių, kurie įjungia arba išjungia genus.

 

     Daktaras Bakkenas ir jo kolegos išsiaiškino, kad daugelis genų, išskiriančių žmones, dalyvauja kuriant ryšius tarp neuronų, vadinamų sinapsėmis. „Tikrai ryšiai – kaip šios ląstelės kalbasi viena su kita – skiria mus nuo šimpanzių“, – sakė Alleno smegenų instituto neurologas Trygve Bakkenas, dirbęs primatų tyrimuose.

 

     Neurologė Megan Carey iš Champalimaud centro nežinomiesiems Portugalijoje, kuri nedalyvavo smegenų atlaso projekte, teigė, kad šis tyrimas suteikė stulbinančiai daug naujų duomenų, kuriuos mokslininkai galės panaudoti būsimuose tyrimuose. „Manau, kad tai didžiulė sėkmės istorija“, – sakė ji.

 

     Tačiau ji taip pat perspėjo, kad, norint suprasti, kaip veikia žmogaus smegenys, nereikėtų tiesiog kataloguoti kiekvienos dalies iki smulkiausių detalių. Neuromokslininkai taip pat turės atsitraukti ir pažvelgti į smegenis, kaip į savireguliuojančią sistemą.

 

     „Šiame duomenų rinkinyje bus atsakymų, kurie padės mums prie to priartėti“, – sakė daktaras Carey. „Tik dar nežinome, kurie jie yra.

 

     Adamas Hantmanas, Šiaurės Karolinos universiteto neurologas, kuris nedalyvavo tyrime, teigė, kad atlasas būtų didelė pagalba, atliekant kai kuriuos tyrimus, pavyzdžiui, sekti smegenų vystymąsi. Tačiau jis suabejojo, ar ląstelių tipų katalogas paaiškins sudėtingą elgesį.

 

     „Norime sužinoti, ką veikia orkestras“, – sakė jis. „Mums nelabai rūpi, ką šis smuikininkas šiuo metu veikia.“ [1]

 

1.  Brain Atlas Maps 3,300 Mystery Cells: [National Desk]. Zimmer, Carl.  New York Times, Late Edition (East Coast); New York, N.Y.. 15 Oct 2023: A.23.

Human Brain Atlas Maps 3,300 Mystery Cells: First Significant Differences Between Our Brain and Brain of Chimpanzees

"Researchers identified some 3,300 types of brain cells, an order of magnitude more than was previously known, and have only a dim notion of what most of them do.

An international team of scientists has mapped the human brain in much finer resolution than ever before. The brain atlas, a $375 million effort started in 2017, has identified more than 3,300 types of brain cells, an order of magnitude more than was previously reported. The researchers have only a dim notion of what the newly discovered cells do.

The results were described in 21 papers published on Thursday in Science and several other journals.

Ed Lein, a neuroscientist at the Allen Institute for Brain Science in Seattle who led five of the studies, said that the findings were made possible by new technologies that allowed the researchers to probe millions of human brain cells collected from biopsied tissue or cadavers.

"It really shows what can be done now," Dr. Lein said. "It opens up a whole new era of human neuroscience."

Still, Dr. Lein said that the atlas was just a first draft. He and his colleagues have only sampled a tiny fraction of the 170 billion cells estimated to make up the human brain, and future surveys will certainly uncover more cell types, he said.

Biologists first noticed in the 1800s that the brain was made up of different kinds of cells. In the 1830s, the Czech scientist Jan Purkinje discovered that some brain cells had remarkably dense explosions of branches. Purkinje cells, as they are now known, are essential for fine-tuning our muscle movements.

Later generations developed techniques to make other cell types visible under a microscope. In the retina, for instance, researchers found cylindrical "cone cells" that capture light. By the early 2000s, researchers had found more than 60 types of neurons in the retina alone. They were left to wonder just how many kinds of cells were lurking in the deeper recesses of the brain, which are far harder to study.

With funding from the National Institutes of Health, Dr. Lein and his colleagues set out to map the brain by inspecting how brain cells activated different genes. At least 16,000 genes are active in the brain, and they are turned on in different combinations in different types of cells.

The researchers collected brain tissue from several sources, including people who had recently died and those who were undergoing brain surgery.

When studying fresh brain tissue, the scientists attached glass tubes to the surface of individual cells to eavesdrop on their electrical activity, injected dye to make out their structure and finally sucked out the nuclei from the cells to inspect them more closely.

Rather than carrying out these procedures by hand, the researchers designed robots to work efficiently through the samples. The robots have inspected more than 10 million human brain cells so far, Dr. Lein estimated.

Some of the newly identified cells were found in layers of cerebral cortex on the brain's outer surface. This region is essential for complex mental tasks such as using language and making plans for the future.

But the new studies reveal that much of the brain's diversity lies outside of the cerebral cortex. A vast number of the cell types uncovered in the project lie in the deeper regions of the brain, such as the brain stem that leads to the spinal cord.

The researchers found many new types of neurons, cells that use electric signals and chemicals to process information. But neurons make up only about half the cells in the brain. The other half are far more mysterious.

Astrocytes, for example, appear to nurture neurons so that they can keep working properly. Microglia serve as immune cells, attacking foreign invaders and pruning some of the branches on neurons to improve their signaling. And the researchers found many new types of these cells as well.

The researchers used some of the same methods to study the brains of chimpanzees and other species. By comparing the results among species, the researchers investigated how the human brain evolved to be different from those of other primates.

Previous studies had suggested that the human brain might be distinctive thanks in part to having evolved new kinds of cells. But the researchers were surprised to find that all of the cell types in human brains matched up with those found in chimpanzees and gorillas, our closest living relatives.

Within those cells, researchers discovered a few hundred genes that became either more or less active in humans than in other apes. Many of those genes are close to genetic switches that turn genes on or off.

Dr. Bakken and his colleagues found that a number of the genes that make humans distinct are involved in building the connections between neurons, known as synapses.

"It's really the connections -- how these cells are talking to each other -- that makes us different from the chimpanzees," said Trygve Bakken, a neuroscientist at the Allen Brain Institute who worked on the primate studies.

Megan Carey, a neuroscientist at the Champalimaud Center for the Unknown in Portugal who was not part of the brain atlas project, said that the research provided a staggering amount of new data for researchers to use in future studies. "I think this is a tremendous success story," she said.

Yet she also cautioned that understanding how the human brain works would not be a matter of simply cataloging each and every part down to its finest details. Neuroscientists will also have to step back and look at the brain as a self-regulating system.

"There will be answers in this data set that will help us get closer to that," Dr. Carey said. "We just don't know which ones they are yet."

Adam Hantman, a neuroscientist at the University of North Carolina who was not involved in the study, said that the atlas would be a big help for some kinds of research, like tracing the development of the brain. But he questioned whether a catalog of cell types would elucidate complex behavior.

"We want to know what the orchestra is doing," he said. "We don't really care what this one violinist is doing at this one moment."" [1]

1.  Brain Atlas Maps 3,300 Mystery Cells: [National Desk]. Zimmer, Carl.  New York Times, Late Edition (East Coast); New York, N.Y.. 15 Oct 2023: A.23. 

 

Sertifikuotas pirmasis autonominis elektrinis oro taksi

„Kinijos aviacijos institucija suteikė pirmąjį pasaulyje sertifikatą autonominiam elektriniam oro taksi (eVTOL).

 

Kinijos aviacijos institucija CAAC išdavė saugos ir tinkamumo navigacijai sertifikatą, tipinį sertifikatą bepiločio skraidymo objektui ERH216-S, naujienų agentūrai AFP sakė šio objekto gamintojas Kinijos startuolis EHang. Tai pirmasis pasaulyje nepilotuojamas elektrinis oro taksi su vertikalaus kilimo ir tūpimo eVTOL – pabrėžė gamintojas.

 

CAAC dokumente nurodyta, kad objektas atitinka tinkamumo skraidyti reikalavimus ir turi funkcijas, užtikrinančias saugų skrydį su žmonėmis. „Šiam blokui bus atlikti eksploataciniai bandymai ir, įvykdžius reikalavimus, jis bus patvirtintas komerciniam eksploatavimui“, – pridūrė biuras. Tai mokslinės fantastikos pabaiga, rašo dienraštis „La Tribune“.

 

EHang įkūrėjas ir vadovas Hu Huazhi buvo akivaizdžiai patenkintas. „Tikimės būti pirmieji pasaulyje, kurie komerciškai naudos eVTOL su automatiniu pilotu“, – sakė jis naujienų agentūrai AFP. Savo įmonę jis įkūrė 2014 metais Guangdžou mieste, o 2019 metais pristatė Amerikos vertybinių popierių biržai Nasdaq."

 

 

 

The first autonomous electric air taxi has been certified

"China's aviation authority has awarded the world's first certification to an autonomous electric air taxi (eVTOL).

 

The Chinese aviation authority CAAC has issued a safety and navigability certificate, a typical certificate, for the ERH216-S pilotless flying object, the manufacturer of this object, the Chinese startup EHang, told AFP. This is the world's first unmanned electric air taxi with vertical take-off and landing eVTOL - emphasized the manufacturer.

 

The CAAC document indicates that the facility meets navigability requirements and has features ensuring safe flights with people on board. "This unit will be subjected to operational tests and after meeting the requirements, it will be approved for commercial operation," the office added. This is the end of science fiction, said the daily La Tribune.

 

The founder and head of EHang, Hu Huazhi, was obviously pleased. "We hope to be the first in the world to commercially use eVTOL with automatic pilot," he told AFP. He founded his company in 2014 in Guangzhou, and in 2019 he introduced it to the Nasdaq American stock exchange."