Beyindeki her nöronun ilk tam haritası ortaya çıktı

Bütün bir şehrin karmaşık ve güzel haritasına baktığınızı düşünün, ancak şehir aslında bir beyindir. Kulağa harika geliyor, değil mi? Bilim insanları artık bunu gerçeğe dönüştürdü.

Uzmanlar, bir yetişkinin beynindeki her nöronun ve aralarındaki 50 milyon bağlantının ilk bağlantı şemasını veya “sinir ağını” oluşturarak sinir bilimi alanında bir dönüm noktasına işaret etti.

Tam beyin bağlantı şeması

Bu proje, dünyanın dört bir yanından bilim adamlarının yer aldığı büyük bir uluslararası işbirliği olan FlyWire Konsorsiyumu sayesinde mümkün oldu. MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı Cambridge, Princeton Üniversitesi, Vermont Üniversitesi ve Princeton Üniversitesi’nde Cambridge Üniversitesi.

Bir dergide bir çift makalede yayınlanan araştırma doğaYürüyebilen ve görebilen bir hayvan olan yetişkin bir sineğin beynindeki 139.255 nöronun tamamının ilk tam bağlantı şemasını sağlar.

Önceki çalışmalar, 3.016 nöron içeren meyve sineği larvası veya 302 nöron içeren nematod kurdu gibi daha küçük beyin sistemlerini haritalandırmıştı.

Ancak mevcut çalışma, daha karmaşık bir organizmanın tam ölçekli bir sinir haritasını sağlayarak yeni bir çığır açıyor.

İnsan beyni sinek beynine karşı

Yetişkin meyve sineğinin beynindeki her nöronun haritasını çıkarmak, bizimki de dahil olmak üzere beyinlerin nasıl çalıştığını anlamada önemli bir adımdır.

Meyve sineğinin yaklaşık 140.000 nöronu vardır; bu, insan beynindeki 86 milyar nöronla karşılaştırıldığında küçük bir sayıdır ve bu da onun incelenmesini çok daha kolaylaştırır.

Bilim insanları meyve sineklerini hızlı bir şekilde üretip değiştirebiliyor, bu da onların genetiği manipüle etmelerine ve değişikliklerin sinir devrelerini ve davranışlarını nasıl etkilediğini görmelerine olanak tanıyor.

Bu basitlik, araştırmacıların çok fazla karmaşıklığa saplanmadan beyin fonksiyonunun temel prensiplerini keşfetmelerine yardımcı olur.

Beyin haritaları insan beynine dair içgörü sağlar

İlginçtir ki, meyve sineklerindeki birçok biyolojik süreç, insanlardakine çok benzer. Beyin gelişimini, nöron bağlantılarını ve öğrenmeyi kontrol eden genler ve yollar genellikle türler arasında korunur.

Bilim insanları, meyve sineğinin beyninin haritasını çıkararak bu süreçlerin daha basit bir sistemde nasıl çalıştığını öğrenebilir ve bu bilgileri daha karmaşık beyinlere uygulayabilir.

Ayrıca sineklerdeki nöronların nasıl iletişim kurduğunu anlamak, sinir devrelerinin genel organizasyon ve davranış kalıplarını ortaya çıkarır ve bu da insan davranışlarını ve bilişsel işlevleri anlamamıza yardımcı olabilir.

Son olarak, Drosophila beyninin haritasını çıkarmak için geliştirilen araç ve teknikler, sinirbilim araştırmalarında çığır açıcı gelişmelerin önünü açtı. Drosophila çalışmalarından elde edilen görüntüleme, genetik manipülasyon ve veri analizindeki yenilikler, bizimki de dahil olmak üzere daha karmaşık beyinleri incelemek için uyarlanabilir.

Meyve sineklerinden elde edilen bilgiler aynı zamanda nörolojik hastalıkların ve gelişimsel bozuklukların modellenmesine yardımcı olarak insanlar için potansiyel tedavilere yol açabilir.

Sinirbilimde devam eden araştırmalar

Bulgular beyin yapısı ve işlevi hakkında değerli bilgiler sunarak sinirbilimde devam eden araştırmalarla hayati bir karşılaştırma sağlıyor.

“Beynin nasıl çalıştığını anlamak istiyorsak, tüm nöronların nasıl bir araya geldiğine ve düşünmenize izin verdiğine dair mekanik bir anlayışa ihtiyacımız var. Çoğu beyin için bu ağların nasıl çalıştığına dair hiçbir fikrimiz yok.

Sinek beyninin ayrıntılı bir haritası bu soruların çoğuna cevap verebilir ve sinir devrelerinin karmaşıklığını ortaya çıkarabilir.

Beyin kablolarındaki benzerlikler

Araştırmanın en dikkat çekici bulgularından biri, mevcut harita ile daha önceki küçük ölçekli çalışmalar arasında bulunan bağlantıların güçlü benzerliğidir.

Bu, her beynin benzersiz bir yapı olduğu inancının aksine, bireysel beyinlerin, bağlantılarında doğal benzerlikler paylaştığı sonucuna varılmasına yol açtı.

Bir beyin haritalama yolculuğu

Bu başarıya giden yol, genişliği bir milimetreden daha az olan bir sinek beyninin tamamını 7.000 ince dilime bölmekten geçiyordu.

Bu dilimler daha sonra yüksek çözünürlüklü bir elektron mikroskobu kullanılarak dikkatle incelenerek yaklaşık 140.000 nöronun ve aralarındaki 50 milyon bağlantının şekli çıkarıldı.

Yapay zekanın gücü

Bu devasa miktarda veriyi analiz etme görevi, yapay zeka teknolojisinin sinir biliminde devrim yaratma potansiyelini ortaya koyan makine öğrenimi kullanılarak mümkün hale getirildi.

Veri doğruluğunun sağlanması, tahmini olarak 33 yıllık bir redaksiyon çalışması gerektirir. Zorluklara rağmen, bu titiz çabanın sonuçları sinir biliminde gelecekteki keşiflerin yolunu açtı.

Basitçe sinirsel bağlantılar kurmanın ötesinde araştırmacılar, beyindeki 8.000’den fazla hücre tipinin sınıflandırılması gibi bağlantı şemasının birçok ayrıntısını da hesaba kattı.

“Bu veri seti biraz Google Haritalar’a benziyor ama beyinler için: Nöronlar arasındaki ilk bağlantı şeması, Dünya’nın uydu görüntülerindeki hangi yapıların hangi sokaklara ve binalara karşılık geldiğini bilmek gibidir” diye açıkladı Dr. Philipp Schlegel, çalışmalar. çalışmalar.

Beyin fonksiyonlarını simüle etmek

Araştırmacıların çalışmaları sadece haritalamanın ötesine uzanıyor. Ayrıca, her bir sinapsın engelleyici mi yoksa uyarıcı mı olduğunu tahmin etmek için yapay zeka görüntü tarama teknolojisini kullandılar; bu, beyni dijital olarak simüle etmenin önemli bir yönüdür.

Dr Jeffress, “Biz çalışırken çevrimiçi olarak paylaşılan verilerimizi kullanarak, diğer bilim insanları sinek beyninin dış dünyaya nasıl tepki verdiğini taklit etmeye başladılar” dedi.

“Bu önemli bir başlangıç, ancak beynin nasıl çalıştığına dair güvenilir bir simülasyon oluşturmak için birçok farklı türde veri toplamamız gerekecek.”

Gelecekteki araştırma yönleri

Bu araştırma şüphesiz beyne dair anlayışımızda devrim yarattı ancak yolculuk henüz bitmedi. İlerledikçe gelecekteki çalışmalar, erkek ve dişi sineklerin beyinleri arasındaki sinir mimarisindeki farklılıkları keşfedecek.

Araştırmacılar, “Kablo şemamızın kapsamlılığı, beyin araştırmaları için büyük faydalar sağlıyor ve daha önce sinek beyninin parçalarının bağlantı şemalarını kullanarak mümkün olmayan birçok türde çalışmaya olanak sağlıyor” dedi.

Çalışma dergide yayınlandı doğa.

—–

Okuduklarımı beğendin mi? İlgi çekici makaleler, özel içerik ve en son güncellemeleri almak için bültenimize abone olun.

Eric Ralls ve Earth.com tarafından sunulan ücretsiz bir uygulama olan EarthSnap’te bizi ziyaret edin.

—–