Ученые создали мышей на основе нейронов крыс. Они продемонстрировали очень развитые навыки и способности

Исследователи из Колумбийского университета создали гибридных мышей с наполовину крысиным, наполовину мышиным мозгом, который позволяет им чувствовать запахи, как это делают крысы. Данный прорыв демонстрирует способность мозга интегрировать чужеродные клетки и может улучшить человеческое понимание и способность лечить заболевания мозга человека. Но в нем есть один недостаток.

Центральный вопрос регенеративной нейробиологии — могут ли синтетические нейронные цепи, например построенные из двух видов, функционировать в неповрежденном мозге. Исследователи применили комплементацию бластоцисты для выборочного построения и тестирования межвидовых нейронных цепей.

Исследователи под руководством Кристин Болдуин из Колумбийского университета создали мышей с гибридным мозгом — частично мышиным, частично крысиным, — которые могут использовать крысиные нейроны для обоняния, демонстрируя потенциально новые методы исследования заболеваний мозга.

Это первый случай, когда животное смогло использовать сенсорный аппарат другого животного, чтобы чувствовать и точно реагировать на окружающий мир, и один из примеров того, насколько гибким может быть мозг при интеграции внешних клеток мозга.

«Это исследование показывает, как можно расширить гибкость мозга, чтобы он мог принимать другие виды входных сигналов, от человеко-машинных интерфейсов или пересаженных стволовых клеток», — говорит Болдуин, профессор генетики и развития в Колледже врачей и хирургов Вагелоса при Колумбийском университете.

Сегодня одна из самых больших проблем в понимании и лечении заболеваний человеческого мозга заключается в том, что невозможно полностью понять его расстройства с помощью существующих методов исследования. Гибридный мозг позволит исследователям лучше понять, как клетки мозга заболевают или умирают, и лучше понять правила восстановления и замены частей мозга.

«У нас есть прекрасные модели клеток, называемые органоидами, и у них есть свои преимущества, — говорит Болдуин. — Но ни одна из них не позволяет определить, действительно ли клетки функционируют на самом высоком уровне».

Сейчас исследователи пересаживают стволовые клетки и нейроны людям с болезнью Паркинсона и эпилепсией. Но исследователи пока не очень понимают, насколько хорошо это будет работать. «С помощью гибридных моделей мозга мы можем получать ответы на некоторые вопросы, причем быстрее, чем в ходе клинических испытаний», — сказала Болдуин.

Ранее исследователи уже создавали гибридный мозг, вводя нейроны или пересаживая органоиды мозга одного вида размером с горошину в развивающийся или полностью сформированный мозг мыши или крысы. Эти эксперименты показали, что исследователи несколько ограниченны в том, когда и как они могут добавлять клетки мозга в существующий мозг. Если мозг развился до определенного уровня, то пересаженные клетки не обязательно будут соединены должным образом.

Вместо этого команда Болдуин ввела стволовые клетки крысы в бластоцисты мыши — раннюю стадию развития, которая наступает через несколько часов после оплодотворения, — чтобы клетки крысы и мыши могли расти вместе и интегрироваться самостоятельно.

Эта техника, называемая комплементацией бластоцист, похожа на метод, используемый для создания мышей с иммунной системой человека, которые зарекомендовали себя как мощные исследовательские инструменты. Но до этого исследования не удавалось создать гибридный мозг двух разных видов. «То, что мы делаем, — это действительно передовой опыт», — говорит Болдуин.

В первых экспериментах по созданию гибридов команда исследовала, где именно в мозге мыши появляются крысиные нейроны. Крысы развиваются медленнее и имеют более крупный мозг, но в мышином мозге крысиные клетки следовали «инструкциям» мыши, ускоряя свое развитие и создавая те же связи, что и их мышиные собратья.

К удивлению исследователей, крысиные клетки можно было увидеть почти во всем мозге мыши. То есть барьеров для встраивания практически нет, а значит, многие виды мышиных нейронов могут быть заменены аналогичными крысиными.

Исследователи проверили, были ли крысиные нейроны интегрированы в функциональную нейронную цепь, в данном случае в часть обонятельной системы, которая необходима мышам для поиска пищи и избегания хищников. Сконструировав эмбрион мыши таким образом, чтобы убить или инактивировать его собственные обонятельные нейроны, исследователи смогли легко определить, восстановили ли крысиные нейроны обоняние животных.

Исследователи спрятали печенье в каждой клетке и с удивлением увидели, что мыши могут найти его с помощью крысиных нейронов. Однако некоторые грызуны находили печенье лучше, чем другие. Исследователи обнаружили, что мыши, сохранившие свои собственные, заглушенные обонятельные нейроны, были менее успешны в поиске спрятанного печенья, чем мыши, чьи обонятельные нейроны были спроектированы так, чтобы исчезнуть во время развития.

Когда обонятельные нейроны мыши генетически подавляются или погибают, нейроны крысы восстанавливают поток информации в цепи обработки запахов. Более того, они спасают примитивное поведение при поиске пищи, хотя и хуже, чем нейроны мыши.

«То есть добавление замещающих нейронов — это не просто «подключи и работай». Если вы хотите получить функциональную замену, возможно, придется удалить дисфункциональные нейроны, которые просто сидят на месте, что может быть при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, а также при некоторых нарушениях нейроразвития, таких как аутизм и шизофрения», — говорит Болдуин.

С помощью гибридной системы мозга, которую создала команда исследователей, теперь можно использовать мышей для тщательного изучения того, что происходит в различных моделях. В конечном итоге это может помочь успешной трансплантации клеток человеку.

Несмотря на 10–20 млн лет эволюции и заметные видовые различия в размере мозга, плюрипотентные стволовые клетки крысы, введенные в бластоцисты мышей, развиваются и персистируют по всему мозгу мыши.

Одним из недостатков новой гибридной системы мозга является  распределение клеток крысы случайным образом в каждом животном, а это не позволяет распространить исследования на другие сенсорные и нейронные системы мозга. В настоящее время лаборатория ищет способ заставить вводимые клетки развиваться только в один тип клеток. Тогда можно будет проводить более точные эксперименты.

Если вживленные клетки в гибридном мозге можно будет ограничить в развитии, это также может открыть путь к созданию гибридного мозга с нейронами приматов, то есть еще ближе подойти к пониманию человеческих болезней, сказала Болдуин.

Ранее из искусственного интеллекта создали нейронные связи точно как в головном мозге человека. Согласно новому исследованию, проведенному учеными из Университетского колледжа Лондона, недавние достижения в области генеративного искусственного интеллекта помогли объяснить, как воспоминания позволяют нам познавать мир, заново переживать события прошлого и получать совершенно новый опыт в процессе воображения и планирования.