Ein Gehirnatlas: Ehrgeizige Forschung könnte zu neuen Erkenntnissen über Demenz führen

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WASHINGTON – Durch die detailliertere Untersuchung des menschlichen Gehirns auf zellulärer Ebene als je zuvor haben Wissenschaftler mehr als 3.300 Zelltypen identifiziert – was unser komplexestes Organ ausfüllt und einen Atlas erstellt, der dabei helfen wird, die zelluläre Grundlage neurologischer Erkrankungen aufzudecken. und neue Therapieansätze ermöglichen.

Am Donnerstag veröffentlichte ehrgeizige Forschungsergebnisse untersuchten die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den Gehirnen von Menschen und anderen Tieren – Schimpansen, Gorillas, Rhesusaffen und Weißbüschelaffen –, um Licht auf einige der Faktoren zu werfen, die uns von unseren evolutionären Verwandten trennen und uns zu echten Menschen machen.

Die Arbeit, die in 21 Studien vorgestellt wird, die in Science und zwei Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, wurde vom Cell Census Network Consortium der National Health Brain Initiative der US-Regierung unterstützt.

Das menschliche Gehirn ist hinsichtlich seiner Nutzung – Wahrnehmen, Bewegen, Lesen, Schreiben, Sprechen, Denken usw. – und seiner zellulären Vielfalt komplex.

Neuronen – oder Nervenzellen – sind die Grundeinheiten des Gehirns. Sie nehmen sensorische Eingaben auf, senden Befehle an die Muskeln und übermitteln unterwegs elektrische Signale. Das Gehirn enthält fast 100 Milliarden Neuronen und viele weitere nicht-neuronale Zellen. All dies ist in Hunderten verschiedener Gehirnstrukturen organisiert, die ein Spektrum an Funktionen verwalten.

Die Forschung identifizierte 3.313 Zelltypen, etwa zehnmal mehr als bisher bekannt, und einen vollständigen Satz von Genen, die von jedem Zelltyp verwendet werden, und kartierte gleichzeitig ihre regionale Verteilung im Gehirn.

„Der Gehirnzellatlas stellt das gesamte zelluläre Substrat für alles dar, was wir als Menschen tun können“, sagte der Neurowissenschaftler Ed Lean vom Allen Institute for Brain Science in Seattle, einer der Forscher.

Verschiedene Zelltypen haben einzigartige Eigenschaften und können bei Krankheiten unterschiedlich betroffen sein, sagte Lean.

Eine Überraschung ist, dass sich die zelluläre Vielfalt auf die evolutionär alten Regionen des Gehirns konzentriert – das Mittelhirn und das Hinterhirn – und nicht auf den Neokortex, der für höhere kognitive Funktionen wie Lernen, Entscheidungsfindung, Emotionswahrnehmung, Gedächtnis und Sprache verantwortlich ist.

Hirnbedingte Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und amyotrophe Lateralsklerose sind schwieriger zu behandeln.

„Für viele Gehirnkrankheiten gibt es immer noch keine Heilung oder Behandlung, und dieser Atlas soll als Grundlage dienen, um den Fortschritt beim Verständnis der detaillierten zellulären Grundlagen von Krankheiten und bei der gezielten Entwicklung von Therapien der nächsten Generation zu beschleunigen“, sagte Lean.

Die Forscher kartierten genetische Schalter und Gehirnzelltypen, die mit der Alzheimer-Krankheit – der häufigsten Form der Demenz – und einer Vielzahl anderer neuropsychiatrischer Erkrankungen, darunter Schizophrenie, bipolare Störung und schwere Depression, in Zusammenhang stehen.

Sie bestätigten den Zusammenhang zwischen Mikrogliazellen – einer Art Immunzellen im Gehirn – und Alzheimer und fanden einen Zusammenhang zwischen bestimmten Arten von Gehirnneuronen und Schizophrenie.

Darüber hinaus suchen Forscher nach menschenspezifischen Merkmalen, indem sie den temporalen Kortex – den Teil des Neokortex, der neben anderen höheren kognitiven Funktionen mit dem Sprachverständnis verbunden ist – beim Menschen und unseren nächsten lebenden evolutionären Verwandten, Schimpansen und Gorillas, vergleichen.

Obwohl die Zellstruktur ähnlich war, wurde festgestellt, dass einige Gene beim Menschen anders funktionieren als bei den anderen beiden Arten, darunter viele, die an der neuronalen Konnektivität beteiligt sind.

„Es sind die Aktivität kortikaler Schaltkreise und die beschleunigte Spezialisierung kortikaler Neuronen, die zu Unterschieden in unseren einzigartigen kognitiven Fähigkeiten beitragen können“, sagte Trickway Bacon, Neurowissenschaftler am Allen Institute.

Lean fügte hinzu, dass diese molekularen Veränderungen in bestimmten Zelltypen beim Menschen im Vergleich zu Schimpansen und Gorillas ein wesentlicher Teil dessen sein könnten, was sie „zusammen verbindet – oder die Plastizität dieser Verbindungen – und was das menschliche Gehirn einzigartig macht“.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Hirnforschung noch einen langen Weg vor sich hat.

„Wir sind noch sehr früh dabei, die Komplexität des menschlichen Gehirns zu definieren“, sagte Bing Ren, Direktor des Center for Epigenomics der University of California, San Diego. „Es ist noch viel mehr Arbeit erforderlich, um die Vielfalt, Variabilität und Funktion der Struktur und Funktion des Gehirns vollständig zu verstehen.“

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