मानव मस्तिष्क की प्रत्येक कोशिका में डीएनए का एक ही क्रम होता है, लेकिन विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में, अलग-अलग जीन आरएनए के स्ट्रैंड पर कॉपी हो जाते हैं जो प्रोटीन के लिए ब्लूप्रिंट के रूप में काम करते हैं। किन कोशिकाओं में और किस स्तर पर प्रोटीन मौजूद है, इसके परिणामस्वरूप होने वाले परिवर्तन मस्तिष्क कोशिकाओं के प्रकार और मस्तिष्क की जटिलता में भारी विविधता को जन्म देते हैं। यह समझना कि कौन सी कोशिकाएं काम करने के लिए किस डीएनए अनुक्रम पर निर्भर करती हैं, न केवल यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि मस्तिष्क कैसे काम करता है, बल्कि यह समझने के लिए भी महत्वपूर्ण है कि डीएनए उत्परिवर्तन मस्तिष्क की बीमारियों को कैसे जन्म देते हैं और उनका इलाज कैसे किया जाए।
मस्तिष्क में सेलुलर विविधता का सार प्रतिनिधित्व। व्यक्तिगत मस्तिष्क कोशिका प्रकारों को अलग करने के लिए, व्यक्तिगत नाभिकों को एपिजेनोमिक विश्लेषण में उपयोग किए जाने वाले टी-एसएनई प्लॉट के चमकीले रंगों में रंगा जाता है। पृष्ठभूमि रंग परत प्रत्येक मस्तिष्क क्षेत्र में कोशिका कार्य को प्रभावित करने वाले स्थानीय पर्यावरणीय कारकों का प्रतिनिधित्व करती है। स्रोत: माइकल नन
मार्गरीटा बेहरेंस, साल्क कम्प्यूटेशनल न्यूरोबायोलॉजी प्रयोगशाला में एक शोध प्रोफेसर, नए काम की सह-प्रमुख अन्वेषक हैं। 2020 में, एक और बेहरेंस ने डीएनए पर मिथाइल रासायनिक निशानों के आधार पर माउस मस्तिष्क में 161 प्रकार की कोशिकाओं का विश्लेषण करने के लिए साल्क टीम का नेतृत्व किया, जो इंगित करता है कि जीन कब चालू या बंद होते हैं। इस डीएनए विनियमन को मिथाइलेशन कहा जाता है और यह सेलुलर पहचान की एक परत है।
नए पेपर में, शोधकर्ताओं ने तीन स्वस्थ वयस्क पुरुष अंग दाताओं के मस्तिष्क में 46 क्षेत्रों में 500,000 से अधिक मस्तिष्क कोशिकाओं में डीएनए मिथाइलेशन पैटर्न निर्धारित करने के लिए एक ही उपकरण का उपयोग किया। सभी जानवरों में चूहों का दिमाग अनिवार्य रूप से एक जैसा होता है, जिसमें लगभग 80 मिलियन न्यूरॉन्स होते हैं, जबकि मानव मस्तिष्क इससे भी अधिक भिन्न होता है, जिसमें लगभग 80 बिलियन न्यूरॉन्स होते हैं।
बेहरेंस ने कहा, "चूहों से इंसानों में जाना एक बड़ी छलांग थी और इसने कुछ तकनीकी चुनौतियां पेश कीं, जिनसे हमें पार पाना था।" "लेकिन हम चूहों में जो पता लगाया था उसे अनुकूलित करने में सक्षम थे और अभी भी मानव मस्तिष्क में बहुत उच्च गुणवत्ता वाले परिणाम प्राप्त कर रहे हैं।"
साथ ही, शोधकर्ताओं ने एक दूसरी तकनीक का भी उपयोग किया, जिसमें प्रत्येक कोशिका में डीएनए अणुओं की त्रि-आयामी संरचना का विश्लेषण किया गया, ताकि अधिक जानकारी प्राप्त की जा सके कि कौन से डीएनए अनुक्रम सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते हैं। कसकर मुड़े हुए डीएनए की तुलना में उजागर डीएनए क्षेत्र कोशिकाओं तक अधिक आसानी से पहुंच योग्य होते हैं।
नए पेपर के सह-प्रथम लेखक और एकर की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता जिंगटियन झोउ ने कहा, "यह पहली बार है कि हमने इन गतिशील जीनोमिक संरचनाओं को मस्तिष्क कोशिका प्रकार के ग्रैन्युलैरिटी के बिल्कुल नए स्तर पर देखा है, और वे कैसे नियंत्रित कर सकते हैं कि कौन से जीन किस प्रकार की कोशिका में सक्रिय हैं।"
अन्य शोध समूह, जिनका काम विज्ञान के इस विशेष अंक में भी प्रकाशित हुआ है, ने अपनी कोशिका प्रोफाइलिंग तकनीकों का परीक्षण करने के लिए उन्हीं तीन मानव मस्तिष्कों की कोशिकाओं का उपयोग किया, जिसमें कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो में बिंग रेन के नेतृत्व वाला एक समूह भी शामिल है, जो एक और बेहरेंस अध्ययन के सह-लेखक भी थे। रेन के अनुसंधान समूह ने विशिष्ट मस्तिष्क कोशिका प्रकारों और सिज़ोफ्रेनिया, द्विध्रुवी विकार, अल्जाइमर रोग और प्रमुख अवसादग्रस्तता विकार सहित न्यूरोसाइकिएट्रिक विकारों के बीच संबंधों को उजागर किया है। इसके अतिरिक्त, टीम ने कृत्रिम बुद्धिमत्ता गहन शिक्षण मॉडल विकसित किए जो इन बीमारियों के जोखिम का अनुमान लगा सकते हैं।
वैश्विक सहयोग में अन्य समूह कोशिकाओं को उपप्रकारों में वर्गीकृत करने के लिए आरएनए स्तर को मापने पर ध्यान केंद्रित करते हैं। एक और बेहरेंस की टीमों द्वारा किए गए डीएनए अध्ययनों के आधार पर, टीमों को प्रत्येक मस्तिष्क क्षेत्र में कौन से जीन सक्रिय होते हैं और कौन से जीन आरएनए में स्थानांतरित होते हैं, के बीच उच्च स्तर का पत्राचार मिला।
चूँकि नए साल्क अध्ययन का उद्देश्य मानव मस्तिष्क में इन तकनीकों की प्रभावशीलता का परीक्षण करने के लिए एक पायलट अध्ययन था, शोधकर्ताओं ने कहा कि वे अभी तक इस बारे में निष्कर्ष नहीं निकाल सकते हैं कि मानव मस्तिष्क में कितने प्रकार की कोशिकाएँ पाई जा सकती हैं या वे प्रकार चूहों और मनुष्यों के बीच कैसे भिन्न हैं।
नए पेपर के सह-प्रथम लेखक और एकर की प्रयोगशाला में वैज्ञानिक वेई तियान ने कहा, "मनुष्यों में अद्वितीय कोशिका प्रकारों की खोज करने की संभावना जो हम चूहों में नहीं देखते हैं, वास्तव में रोमांचक है।" "हमने आश्चर्यजनक प्रगति की है, लेकिन पूछने के लिए और भी प्रश्न हैं।"
2022 में, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ ब्रेन इनिशिएटिव (NIHBrain इनिशिएटिव) ने एक नया ब्रेन इनिशिएटिव सेल एटलस नेटवर्क (BRAIN इनिशिएटिव सेल एटलस नेटवर्क, BICAN) लॉन्च किया, जो BICCN के काम का अनुवर्ती होगा। साल्क में, BICAN द्वारा वित्त पोषित मल्टीओमिक ह्यूमन ब्रेन सेल एटलस के एक नए केंद्र का लक्ष्य एक दर्जन से अधिक मानव मस्तिष्कों की कोशिकाओं का अध्ययन करना और यह सवाल पूछना है कि विकास के दौरान, जीवन भर और बीमारी के दौरान मस्तिष्क कैसे बदलता है। एक ने कहा कि अधिक मस्तिष्कों का अधिक विस्तार से अध्ययन करने से इस बात को बेहतर ढंग से समझने का मार्ग प्रशस्त होगा कि मस्तिष्क संबंधी विकारों और बीमारियों में मस्तिष्क की कुछ कोशिकाएँ कैसे ख़राब हो जाती हैं: "हम किसी व्यक्ति के जीवन भर मस्तिष्क की व्यापक समझ हासिल करना चाहते हैं ताकि हम सटीक रूप से पता लगा सकें कि बीमारी के जवाब में कब, कैसे और कौन सी कोशिकाएँ गड़बड़ाती हैं और संभावित रूप से इन हानिकारक परिवर्तनों को रोक सकती हैं या उलट सकती हैं।"