为了监测单个细胞在时间上的决策过程,研究人员从小鼠受精后第7天到出生,每日对小鼠胚胎的大脑样本进行分析。结合基因测序技术和数学方法,研究人员获得了来自所有脑区的大约29万单个细胞的基因表达图谱,以及近800个细胞的状态,其中包括不同类型的细胞,如神经元和神经元支持细胞的发育程序。
随着神经前体细胞的成熟,它们停止增殖,分化成数十个不同的神经元。研究人员跟踪了这种分化,并描述了跨越不同脑区的神经干细胞出现的时间。在小鼠胚胎中,第一批神经干细胞出现的时间较早,在胚胎发育的第9天之前。这大致相当于人类怀孕3个月的时间。研究人员发现,这些神经元与感觉和运动功能有关。
研究人员还发现了特定类型的放射状神经胶质细胞,其作用是通过产生分子信使来引导邻近细胞的发育,这些分子信使有助于确定各种特殊细胞类型在大脑中的位置。“如果大脑是一个管弦乐队,组织者放射状胶质细胞就是指挥。”该研究的主要作者、EPFL神经发育系统生物学实验室主任基奥勒·曼诺说。研究小组发现,这些放射状胶质细胞产生的分子信使种类比他们想象的要多。
研究人员还识别出不同的细胞群,其中一些群的细胞数量是其他群的100倍。细胞数量最多的群之一似乎是前脑中的兴奋性神经元,这里包含了参与高级认知的大多数脑区。细胞数量最少的群之一是一种被称为室管膜细胞的神经元支持细胞,它会产生环绕大脑和脊髓的液体。
下一步,曼诺希望能确定发育的大脑中不同细胞群的位置。“目前的图谱是一张分子图,告诉你哪种细胞相似,哪种细胞不同。”他说,“现在,我们想看看这些细胞在大脑中的位置。”