Ученые Токийского университета впервые объединили выращенные модели человеческого мозга с помощью длинных нейронных отростков. Согласно статье, опубликованной в журнале Nature Communications, это привело к синхронизации активности нейронов, что напоминает взаимодействие между двумя областями мозга.
Человеческий мозг функционирует как единое целое благодаря функциональным нейронным связям между различными областями. Эти связи формируются за счет аксонов — длинных отростков нейронов, протянутых от одной области к другой. В результате сегменты мозга функционируют согласованно и выполняют функции более высокого порядка. Нарушение функции и пороки развития межрегиональных связей способствуют развитию различных нервно-психических заболеваний, включая расстройства аутистического спектра, шизофрению и эпилепсию.
Чтобы смоделировать эту связь, ученые вырастили in vitro («в пробирке») два мозговых органоида — трехмерные культуры мозговой ткани. Нейроны в церебральных органоидах демонстрируют спонтанную активность нейронов, похожую на активность в полноценном мозге новорожденного.
Большинство таких органоидов моделируют и воспроизводят лишь определенные области мозга, а аксоны в них не способны формировать пучки, которые могли бы соединить два отдельных органоида. Чтобы обойти это ограничение, исследователи разработали биологический чип, который содержит две трехмерные культуры нейронных тканей и каналы, где проходят аксоны, соединяющие оба органоида.
Оказалось, что органоиды, связанные друг с другом пучками аксонов, проявляли более сложную активность, чем одиночные органоиды или те, которые были соединены с помощью методов, которые использовались ранее. Когда исследовательская группа стимулировала пучки аксонов с помощью метода, известного как оптогенетика, активность органоидов изменилась соответствующим образом, и эти изменения продлились в течение некоторого времени.
Таким образом, пучки аксонов имеют важное значение для развития сложных нейронных сетей. Способность их выращивать улучшит исследования, нацеленные на понимание различных неврологических и психиатрических состояний.
ЖЗЛ