Транскрипционная программа, связанная с нейротрансмиссией в живом человеческом мозге

Почему важно это исследование живого мозга

Большая часть наших знаний о молекулах человеческого мозга получена из тканей, исследованных посмертно, когда электрическая активность уже прекратилась. Эта работа переворачивает такой подход. Кратковременно беря образцы ткани во время рутинной операции и одновременно регистрируя живую электрическую активность, исследователи выявляют скоординированный набор генов, который, по-видимому, поддерживает сам процесс общения нейронов. Понимание этой «операционной системы» для мозговой коммуникации может в итоге изменить представления о познании, психических расстройствах и новых методах лечения.

Заглянуть внутрь работающего человеческого мозга

Команда работала в рамках проекта Living Brain Project, который сотрудничает с пациентами, проходящими операцию по глубокой стимуляции мозга при таких состояниях, как болезнь Паркинсона. Во время этих вмешательств хирурги могут безопасно удалить крошечный образец из передней части мозга — области, вовлечённой в планирование, принятие решений и эмоции. Почти в тот же момент тонкие записывающие электроды измеряют активность в глубинных структурах, которые связаны с этой лобной зоной. В части операций пациенты даже играли в простую компьютерную игру о торге, пока в реальном времени фиксировались сигналы от таких нейрохимических систем, как дофамин и серотонин. Эти парные образцы ткани и записи позволили учёным задать редкий вопрос: какие гены включаются или выключаются в живых человеческих клетках мозга именно в тот момент, когда происходит связь между регионами?

Поиск закономерностей в море генов

Поскольку каждый образец ткани содержит тысячи генов, исследователи рассматривали данные как огромную головоломку. Они применили стандартные статистические методы, чтобы выяснить, связаны ли малые изменения в электрических или химических сигналах — например, флуктуации дофамина во время игры или глобальные изменения ритмов в глубинных ядрах — с изменениями активности генов в разных типах клеток. Методы одиночных клеток показали, как различные клетки мозга (возбуждающие и тормозящие нейроны, поддерживающие клетки, такие как астроциты и олигодендроциты, и иммуноподобные микроглия) несут свои молекулярные отпечатки. Несмотря на то, что число пациентов в некоторых экспериментах было невелико, авторы обнаружили широкие транскриптомные «подписи»: узоры по множеству генов, которые смещались синхронно с показателями нейротрансмиссии в реальном времени.

Построение общей молекулярной программы

Чтобы убедиться, что эти закономерности не являются статистическими случайностями, команда повторила анализ в независимых данных. Один набор данных поступил от других пациентов Living Brain Project, где другой тип записи — микроскопические электродные регистрации — фиксировал баланс возбуждения и торможения в глубинных ядрах. Другой набор данных был взят из опубликованного исследования эпилепсии, в котором до удаления ткани у пациентов регистрировали мозговые ритмы в височной доле. В самых разных условиях — с разными технологиями записи, областями мозга и группами пациентов — одни и те же группы генов повторно проявлялись. Авторы затем применили сетевой анализ и выделили ядро из 588 генов, которые демонстрировали устойчивые ассоциации с нейротрансмиссией по крайней мере в двух из трёх независимых экспериментальных дизайнов. Они назвали этот общий набор «транскрипционной программой, связанной с нейротрансмиссией», или TPAWN.

Связь генетических программ, цепей и болезней

Определив TPAWN, исследователи выяснили, какую функцию этот набор генов может выполнять. Они обнаружили, что эти гены обогащены компонентами классических путей мозговой коммуникации, включая синапсы, ионные каналы и механизмы долговременной пластичности. По сравнению с другими экспрессируемыми в мозге генами, гены TPAWN были более «эволюционно консервативны», то есть вредные варианты в них редко встречаются в больших человеческих популяциях — обычно признак их критической роли для выживания или нормального функционирования. В крупной системе здравоохранения Нью-Йорка люди, несущие редкие нарушающие варианты в генах TPAWN, имели более высокий риск записей в медицинских документах, связанных с галлюцинациями, что наводит на мысль о связи этой программы с психическим здоровьем. На клеточном уровне, в лобной коре живых пациентов, клетки с более высокой активностью TPAWN больше походили на подтип возбуждающих нейронов, отправляющих дальние проекции в глубинные структуры мозга, что соответствует именно тем цепям, которые регистрировались во время операций.

Что это значит для понимания мозга

Для неспециалиста главный вывод таков: электрические «переписки» мозга — не просто случайные искры; они тесно согласованы с глубоко сохраненной генетической программой, которая поддерживает настрой коммуникационных каналов. Это исследование представляет первую надёжную карту этой программы прямо в живой ткани человеческого мозга, а не в модельных организмах или посмертных образцах. Хотя это далеко не рецепт для новых препаратов уже завтра, работа прокладывает основу: связывая активность генов, типы клеток, мозговые цепи и поведение в реальном времени, она указывает на потенциальные молекулярные мишени, лежащие в основе познания и психиатрических симптомов. Будущие более масштабные исследования с похожими подходами к живой ткани могут уточнить эту программу и в конечном счёте направлять терапевтические вмешательства, нацеленные на молекулярные корни работы мозговых цепей.

Цитирование: Charney, A.W., Liharska, L.E., Vornholt, E. et al. A transcriptional program associated with neurotransmission in the living human brain. Mol Psychiatry 31, 2727–2738 (2026). https://doi.org/10.1038/s41380-025-03420-3

Ключевые слова: нейротрансмиссия, экспрессия генов, префронтальная кора, глубокая стимуляция мозга, мозговые цепи