گانگلین‌های قاعده‌ای گروه‌هایی از سلول‌ها هستند که در عمق مغز قرار دارند و اطلاعات حرکتی، شناختی، خلقی و تصمیم‌گیری را پردازش می‌کنند. این ساختارها به اختلالات نورو‌دژنراتیو و روان‌پزشکی از پارکینسون و هانتینگتون تا اسکیزوفرنی، اختلال دوقطبی و اعتیاد مرتبط‌اند.
اکنون پژوهشگران دقیق‌ترین اطلس جهان از گانگلین‌های قاعده‌ای را تاکنون شامل ۲۵.۵ میلیون سلول مغزی از انسان، میمون ماکاک و میمون مارموزت منتشر کرده‌اند. این کار در مجموعه‌ای از ۲۶ مقاله که در مجلات Cell، Cell Reports، Cell Reports Methods, Cell Systems، Cell Genomics و Neuron منتشر شده، توصیف گردیده است. این تحقیقات شامل نورون‌های کمتر مطالعه‌شده بوده، بینش‌هایی درباره نحوه تغییر برخی سلول‌های مغزی با افزایش سن ارائه می‌دهد و پیشنهاد می‌کند کدام‌یک ممکن است به بیماری‌ها مرتبط باشند.
این اطلس حاصل همکاری صدها دانشمند در نه کشور است و بخشی از شبکه اطلس سلولی ابتکار BRAIN (BICAN) محسوب می‌شود؛ پروژه‌ای ۵۰۰ میلیون دلاری که در سال ۲۰۲۲ توسط مؤسسه ملی بهداشت آمریکا (NIH) با هدف ایجاد نقشه‌های مرجع برای مغز پستانداران آغاز شد.
«این یک فرهنگ لغت عظیم است که ما در این حوزه به آن نیاز داشتیم»، به گفته آنا مونوز-مانچادو، عصب‌شناس دانشگاه کادیس در اسپانیا که گانگلین‌های قاعده‌ای را در اختلالات نورو‌دژنراتیو مطالعه می‌کند.
مقایسه بین گونه‌ای
اطلس گانگلین‌های قاعده‌ای شامل ۲۱ میلیون سلول از مغز شش انسان، سه میلیون سلول از سه میمون رزوس و میمون ماکاک دم‌بلوطی و ۱.۵ میلیون سلول از دو میمون مارموزت است. پژوهشگران همچنین از داده‌های نقشه‌های قبلاً منتشر شده کل مغز موش استفاده کردند.
با مقایسه گانگلین‌های قاعده‌ای بین گونه‌های پریمات، پژوهشگران ۶۱ نوع سلول را در انسان، میمون ماکاک و میمون مارموزت شناسایی کردند که طی ۷۶ میلیون سال حفظ شده‌اند.
تیم پژوهشی نمونه‌های بافت مغزی را از مراحل مختلف رشد در طول عمر گونه‌ها تحلیل کرد. جدیدترین کار، اطلاعات مربوط به این سلول‌ها را با جزئیات بی‌سابقه‌ای ترکیب می‌کند؛ از اندازه‌گیری بیان ژن و اصلاحات DNA که تنظیم ژن را کنترل می‌کنند تا ضبط فعالیت الکتریکی و نحوه تاشدگی DNA در داخل هسته‌ها.
پژوهشگران همچنین محل هر سلول را در مغز نقشه‌برداری کردند و چارچوب مشترکی برای مشخصه‌یابی و حاشیه‌نویسی سلول‌ها طراحی نمودند. مایکل هاوریلیچ، بیوانفورماتیست در مؤسسه آلن برای علوم مغز در سیاتل، واشنگتن که در این پروژه مشارکت داشته، توضیح می‌دهد: «این اساساً داربستی است که اکنون می‌توانیم نسبتاً به راحتی بقیه مغز را روی آن کامل کنیم.»
مرزهای مولکولی
یک مطالعه ۱.۱ میلیون سلول در بزرگ‌ترین ساختار گانگلین‌های قاعده‌ای — که استریاتوم نامیده می‌شود — را از ۱9 اهداکننده متوفی انسانی بررسی کرد. برخلاف بسیاری از سایر نواحی مغز، استریاتوم مرزهای آناتومیکی منظمی ندارد. پژوهشگران شش ناحیه در استریاتوم انسان و میمون ماکاک با امضاهای مولکولی متمایز شناسایی کردند که هر کدام حاوی جمعیت‌های متمایزی از نورون‌ها و سلول‌های گلیا هستند.
در بیانیه مطبوعاتی مؤسسه برد، ایوان مکوسکو، زیست‌شناس اعصاب در مؤسسه برد دانشگاه هاروارد و MIT در کمبریج، ماساچوست و هم‌نویسنده این مطالعه اظهار داشت: «سلول‌های این نواحی زیر میکروسکوپ همه شبیه به نظر می‌رسند، اما تفاوت‌های رونویسی بسیار شدیدی دارند و از فردی به فرد دیگر به طور قابل توجهی سازگار هستند.»
مکوسکو و همکارانش همچنین دریافتند الگوهای بیان ژنی که هر ناحیه را از دیگری متمایز می‌کرد، با افزایش سن به طور فزاینده‌ای مشابه شدند، به ویژه در نواحی مغزی که تحت تأثیر بیماری‌های هانتینگتون و پارکینسون قرار دارند.
مغزهای متفاوت
مطالعه دیگر تقریباً چهار میلیون سلول در استریاتوم و قشر پیش‌پیشانی را از ۱۷۸ اهداکننده بالغ متوفی با سنین ۲۷ تا بیش از ۹۰ سال تحلیل کرد. پژوهشگران دریافتند ترکیب سلولی این دو ناحیه مغزی بین افراد متفاوت بود، به ویژه برای سلول‌های غیرنورونی که به عنوان سلول‌های گلیا شناخته می‌شوند. این موضوع بر ضرورت توجه اطلس‌های سلول مغز به این تفاوت‌های فردی تأکید می‌کند.