Studie identifiziert spezifische Merkmale des menschlichen Gehirns

Forscher unter der Leitung eines Teams am UT Southwestern Medical Center haben zelluläre und molekulare Merkmale des Gehirns identifiziert, die moderne Menschen von ihren nächsten Primatenverwandten und alten menschlichen Vorfahren unterscheiden. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Naturbieten neue Einblicke in die Evolution des menschlichen Gehirns.

„Die meisten Evolutionsstudien zum menschlichen Gehirn haben sich auf Neuronen konzentriert, da angenommen wurde, dass dieser Zelltyp für unsere Intelligenz und verbesserte kognitive Fähigkeiten verantwortlich ist. Diese Studie gibt uns eine neue Wertschätzung für andere Zellen, die an der Gehirnfunktion beteiligt sind, und für die Rolle, die sie beide gespielt haben.“ bei der Verbesserung der Kognition und unserer Anfälligkeit für eine Reihe kognitiver Krankheiten“, sagte Studienleiterin Genevieve Konopka, Ph.D., Professorin für Neurowissenschaften und Mitglied des Peter O’Donnell Jr. Brain Institute an der UT Southwestern.

Seit der Antike seien die Menschen neugierig, was den Menschen Fähigkeiten verleiht, die andere Tiere nicht haben, wie zum Beispiel Sprechen und Sprache, erklärte Dr. Konopka. Eine Reihe früherer Studien haben versucht, diese Frage zu beantworten, indem sie die Anatomie des Gehirns untersuchten oder genetische oder molekulare Studien an ganzen Gehirnen oder Abschnitten durchführten, also Experimente, die einen Blick auf Tausende von Zellen gleichzeitig ermöglichten.

Dr. Konopka und ihre Kollegen vermuteten, dass durch die Betrachtung der Gehirneigenschaften auf zellulärer Ebene mehr Erkenntnisse gewonnen werden könnten, eine Leistung, die nur aufgrund der jüngsten Fortschritte in der Technologie möglich sei. In dieser Studie haben Forscher im Konopka-Labor, darunter der Hauptautor und Stipendiat des Neural Scientist Training Program des O’Donnell Brain Institute, Emre Caglayan, BS, zusammen mit Kollegen an der George Washington University, der Emory University und der University of California, Santa Barbara, konzentrierte sich auf den Brodmann-Bereich 23 (BA23) im hinteren cingulären Kortex. BA23 ist auch Teil des Default-Mode-Netzwerks – eines miteinander verbundenen Komplexes von Regionen, die aktiv bleiben, wenn sich das Gehirn im wachen Ruhezustand befindet – und wurde mit Schizophrenie in Verbindung gebracht.

Anstatt BA23 als Ganzes zu betrachten, verwendeten die Forscher eine relativ neue Technik namens Einzelkern-RNA-Sequenzierung, um zu untersuchen, aus welchen Zelltypen dieser Bereich besteht, und verglichen Proben von Menschen, Schimpansen und Rhesusaffen. Sie fanden heraus, dass Menschen im Gegensatz zu nichtmenschlichen Primaten über einen weitaus größeren Anteil an Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OPCs) verfügen, Vorläufern eines Zelltyps, von dem bekannt ist, dass er Neuronen Halt und Isolierung bietet und zunehmend an der Modulation der Gehirnschaltkreise beteiligt ist. Darüber hinaus zeigten zwei Subtypen erregender Neuronen, die Informationen über elektrische Impulse austauschen, beim Menschen eine erhöhte Expression des Gens, das FOXP2 herstellt, ein Protein, das an der Entwicklung des Gehirns im Zusammenhang mit Sprache und Sprache beteiligt ist.

In einem anderen Experiment verglichen die Forscher die DNA moderner Menschen mit der von Neandertalern und Denisovanern, alten Verwandten des Menschen. Sie untersuchten nicht nur Unterschiede in ihren genetischen Codes, sondern auch, ob diese Unterschiede in Bereichen des Genoms auftreten, in denen die Zellmaschinerie die Genexpression reguliert. Ihre Suche identifizierte Dutzende von Genen, die sich funktionell zwischen Menschen und ihren alten Verwandten unterscheiden, insbesondere in erregenden Neuronen in den oberen Schichten von BA23, was in zukünftigen Studien zusätzliche Einblicke in die Evolution des menschlichen Gehirns bieten könnte.

Zusammengenommen, so Dr. Konopka, bieten diese Ergebnisse einen Leitfaden zum Verständnis, wie das menschliche Gehirn seine einzigartigen Fähigkeiten entwickelt hat, die Menschen von anderen Spezies unterscheiden.

Dr. Konopka ist Jon Heighten-Stipendiat für Autismusforschung und Inhaber des Townsend Distinguished Chair für Forschung zu Autismus-Spektrum-Störungen. Zu den weiteren UTSW-Forschern, die zu dieser Studie beigetragen haben, gehören der Postdoktorand Yuxiang Liu, Ph.D., und die Doktoranden Rachael Vollmer, BS, und Emily Oh, BS