ديسمبر 9, 2021

Taqrir Washington

آخر أخبار المملكة العربية السعودية وعناوين الأخبار العربية. قراءة الصحف السعودية بما في ذلك اقتصاد المملكة العربية السعودية أهم الأخبار والأخبار السعودية العاجلة …

لماذا قضى العلماء سنوات عديدة في رسم خرائط لدماغ هذا الكائن الحي

إن دماغ عشية الفاكهة هو حجم بذرة الخشخاش ويسهل ملاحظته.

يقول فيفيك جيارامان ، عالم الأعصاب في مركز جينيليا للأبحاث في كلية هوارد هيوز الطبية في فرجينيا: “معظم الناس لا يعتقدون حتى أن لديهم دماغًا ذبابة. “لكن ، بالطبع ، يعيش الذباب حياة غنية جدًا.”

الذباب قادر على السلوكيات المعقدة ، بما في ذلك الانتقال إلى مجموعة متنوعة من التضاريس. القتال مع المنافسين وغناء الاصحاب المحتملين. حجم دماغهم معقد للغاية ، ويتألف من حوالي 100000 خلية عصبية. عشرات الآلاف من الاتصالات أو المزامنات بينها.

منذ عام 2014 ، فريق من العلماء في Genelia ، بالتعاون باحثو Google، رسم خرائط لهذه الخلايا العصبية والتزامن في محاولة لإنشاء مخطط شامل للأسلاك ، يُعرف أيضًا باسم اتصال دماغ ذبابة الفاكهة.

حتى بمساعدة خوارزميات التعلم الآلي المتطورة ، فإن العمل المستمر يستغرق وقتًا طويلاً ومكلفًا. لكن البيانات التي نشروها حتى الآن مذهلة في تفاصيلها ، مما جعل أطلسًا لعشرات الآلاف من الخلايا العصبية النواة في العديد من المناطق الحيوية في دماغ الذبابة.

حاليا، في ورقة جديدة كبيرة، التي نُشرت في مجلة eLife يوم الثلاثاء ، وبدأ علماء الأعصاب في إظهار ما يمكنهم فعله.

من خلال تحليل روابط جزء صغير من الدماغ الطائر – المجمع المركزي الذي يلعب دورًا رئيسيًا في التوجيه – حدد الدكتور جيارامان وزملاؤه العشرات من أنواع الخلايا العصبية الجديدة وحددوا بدقة الدوائر العصبية التي يمكن أن تساعد الذباب على الهبوط. من خلال العالم. سيساعد هذا العمل في النهاية على توفير نظرة ثاقبة حول كيفية معالجة أدمغة جميع أنواع الحيوانات ، بما في ذلك أدمغتنا ، فيضان المعلومات العاطفية وترجمتها إلى عمل مناسب.

وهي أيضًا شهادة على نظرية المجال الحديث للاتصال الحديث التي تستند إلى الوعد بأن إنشاء خرائط تفصيلية لأسلاك الدماغ سيؤتي ثماره علميًا.

قال د. تحدث كلاي ريد ، كبير الباحثين في معهد ألين لعلوم الدماغ في سياتل ، عن المقال الجديد. “Connectomics هي أداة نحتاجها في علم الأعصاب – أعتقد أن أي شخص يراها سيقول إنها نقطة توقف كاملة.”

الرابط الكامل الوحيد في مملكة الحيوان هو ارتباط الدودة المتواضعة ج. مملوكة من قبل اليجانس. بدأت عالمة الأحياء الرائدة سيدني برينر ، التي فازت لاحقًا بجائزة نوبل ، المشروع في الستينيات. أمضى فريقه الصغير سنوات عديدة في استخدام الأقلام الملونة للعثور على 302 خلية عصبية باليد.

قال سكوت إيمونز ، عالم الأعصاب وعلم الوراثة في كلية ألبرت أينشتاين للطب ، والذي استخدم التقنيات الرقمية لاحقًا: “أدرك برينر أنك بحاجة إلى معرفة بنيته لفهم الجهاز العصبي”. إنشاء روابط جديدة C. ايليجانس. “هذا صحيح في جميع أنحاء علم الأحياء. الهيكل مهم للغاية.”

READ  دراسة في تكساس: غير الملقحين ، أكثر عرضة للوفاة بـ COVID-19 بعشرين مرة من اللقاح

نشره برينر وزملاؤه ورقة هويتهمنشرت عام 1986 في 340 صفحة.

لكن التقدم في التصوير والحوسبة لم يبدأ حتى عام 2000 ، عندما أصبح من الممكن أخيرًا تحديد الروابط في الدماغ الكبير. في السنوات الأخيرة ، بدأت مجموعات البحث حول العالم في ربط روابط لأسماك الزرد والطيور المغردة والفئران والبشر والمزيد.

عندما افتتح مجمع جينيليا للأبحاث في عام 2006 ، وضع مديره المؤسس ، جيرالد روبين ، أنظاره على ذبابة الفاكهة. قال الدكتور روبن: “لا أريد أن أسيء إلى أي من زملائي الدوديين ، لكنني أعتقد أن دماغ الذباب بسيط للغاية يجعل سلوكًا معقدًا مثيرًا للاهتمام حقًا”.

على مر السنين ، بدأت مجموعات مختلفة في Genelia مشاريع Fly Connectom ، ولكن بدأ العمل في عام 2014 لتمهيد الطريق للورقة الجديدة. دماغ أنثى واحدة عمرها خمسة أيام فاكهة حواء.

قام الباحثون بتقطيع أدمغة الذباب إلى ألواح ، ثم قاموا بتصويرها ووضعها في طبقات باستخدام تقنية تسمى الفحص المجهري الإلكتروني لشعاع التركيز الأيوني. يعمل المجهر بشكل أساسي مثل ملف أظافر صغير جدًا ودقيق للغاية ، حيث يقوم بلف طبقة رقيقة جدًا من الدماغ ، والتقاط صورة للأنسجة المكشوفة وتكرار العملية حتى لا يتبقى شيء.

قال الدكتور جايارامان: “تقوم بالتصوير في نفس الوقت وتقطع قطعًا صغيرة من دماغ الذبابة حتى لا تكون هناك عندما تنتهي”. “لذلك إذا أخطأت في شيء ما ، تكون قد انتهيت. تم طهي بطة – أو طهي دماغك.

استخدم الفريق بعد ذلك برنامج رؤية الكمبيوتر لإعادة تجميع ملايين الصور الناتجة في كتلة ثلاثية الأبعاد وإرسالها إلى Google. هناك ، استخدم الباحثون أساليب التعلم الآلي المتقدمة لتحديد كل خلية عصبية وتحديد فروعها الملتوية.

أخيرًا ، استخدم فريق Genelia أدوات حسابية إضافية للإشارة إلى التزامن.

العام الماضي ، الباحثون نشر الارتباط ل أطلقوا عليه اسم “هيميبرين” الذبابة المركزية هي مساحة كبيرة من الدماغ تحتوي على مناطق وهياكل حيوية للنوم والتعلم والملاحة.

تحتوي شبكة Connectom ، التي يمكن الوصول إليها مجانًا على الإنترنت ، على حوالي 25000 خلية عصبية و 20 مليون نقطة تشابك عصبية ، ج. أكثر من اتصال الأناقة.

قال كوري باركمان ، عالم الأعصاب بجامعة روكفلر في نيويورك: “إنه إجراء دراماتيكي”.

بمجرد أن أصبحت الشبكة العصبية النصفية جاهزة ، كان الدكتور جيارامان ، طبيب أعصاب الملاحة بالذبابة ، حريصًا على الغوص في بيانات الحرم الجامعي المركزية.

الدماغ ، الذي يحتوي على حوالي 3000 خلية عصبية وموجود في جميع الحشرات ، يساعد الذباب على تطوير نموذج داخلي لعلاقتهم المكانية مع العالم ، ثم يختار وينفذ السلوكيات المناسبة لموقفهم ، مثل عندما يكونون جائعين ويبحثون للطعام.

“هل تقول أنه يمكنك إعطائي مخطط الأسلاك لشيء مثل هذا؟” قال الدكتور Jayaraman. “هذا هو أفضل جاسوس صناعي يمكنك الحصول عليه من خلال اكتساب نظرة ثاقبة على جهاز Apple iPhone.”

READ  تقول طب جامعة واشنطن في ولاية واشنطن إنها ستسقط المرضى غير المحصنين من قائمة الانتظار لجراحة زرع الأعضاء

استكشف هو وزملاؤه بيانات الشبكة العصبية ودرسوا كيفية ارتباط الدوائر العصبية في المنطقة ببعضها البعض.

على سبيل المثال ، درست هانا هابركرن ، مساعدة الدراسات العليا في مختبر الدكتور جايارامان ، الخلايا العصبية التي ترسل معلومات حسية إلى الجسم الإهليلجي ، وهو هيكل على شكل كعكة دائرية. بوصلة إيفين الداخلية.

الخلايا العصبية المعروفة بنقل المعلومات حول استقطاب الضوء – المرجع البيئي العالمي الذي تستخدمه العديد من الحيوانات للملاحة – قد أقامت اتصالات مع الخلايا العصبية البوصلة أكثر من الخلايا العصبية التي تنقل المعلومات عن الآخرين. وجدت هيبورن. الميزات والتسميات المرئية.

ترتبط الخلايا العصبية المخصصة لاستقطاب الضوء بخلايا الدماغ التي توفر معلومات حول إشارات التنقل الأخرى – وهي مثبطة بشدة.

يعتقد الباحثون أن الأدمغة الطائرة يمكن ربطها بتحديد أولويات المعلومات حول البيئة العالمية – لكن هذه الدوائر مرنة ، لذلك عندما لا تكون هذه المعلومات كافية ، يمكنهم التركيز أكثر على السمات المحلية للمناظر الطبيعية. “لديهم استراتيجيات الانحدار هذه ،” د. قال هيبيركيرن.

حدد أعضاء آخرون في فريق البحث مسارات عصبية معينة تسمح للذبابة بمراقبة اتجاه رأسها وجسمها ، وتوقع اتجاهها المستقبلي واتجاه السفر ، وحساب اتجاهها الحالي بالنسبة إلى موقع آخر مرغوب فيه ، ثم التنقل في هذا الاتجاه. .

على سبيل المثال ، تخيل إذا كان بإمكان ذبابة جائعة أن تترك موزة فاسدة مؤقتًا وتطارد الخير. لكن (أي) بعد بضع دقائق من الدراسة غير المجدية ، يريد العودة إلى نظامه الغذائي السابق.

تشير بيانات الاتصال إلى أن بعض خلايا الدماغ ، المعروفة تقنيًا باسم الخلايا العصبية PFL3 ، قد تكون قادرة على تحليق هذه المناورة. تتلقى هذه الخلايا العصبية مدخلين مهمين: فهي تتلقى إشارات من الخلايا العصبية التي تراقب اتجاه الذبابة ومن الخلايا العصبية التي لها علامات تبويب في اتجاه الموز.

بعد تلقي هذه الإشارات ، ترسل الخلايا العصبية PFL3 رسالتها الخاصة إلى مجموعة من الخلايا العصبية التي تحفزها على الطيران في الاتجاه الصحيح. يتم تقديم العشاء مرة أخرى.

قال براد هالز ، عالم الأبحاث في مختبر الدكتور جايارامان الذي قاد هذا الجزء من التحليل: “إن العثور على هذه الوظيفة من خلال تلك الدائرة – من هذه الدائرة الوسيطة المعقدة إلى المحرك – أمر مذهل حقًا”. وأضاف: “عرضت لنا شركة Connectom أكثر مما كنا نظن”.

ورقة المجموعة – مسودة تحتوي على 75 شكلاً وتمتد إلى 360 صفحة – هي مجرد البداية.

يقول ستانلي هاينز ، عالم الحشرات في جامعة لوند في السويد: “إنها حقًا توفر الحقيقة الأساسية لمزيد من البحث في هذه المنطقة من الدماغ.”

READ  تم ربط توقف التنفس أثناء النوم بتأثيرات COVID-19

وهائلة فقط. قال الدكتور هاينز: “لا أفكر في الأمر على أنه جريدة ، بل ككتاب”.

في الواقع ، الورقة عبارة عن خادم كبير جدًا قابل للطباعة bioRxiv في البداية رفضت الإفراج عنه ، وربما اعتقد المسؤولون التنفيذيون – لأسباب مفهومة – أنها كانت كذلك بالفعل كتاب ، قال الدكتور Jayaraman. (بعد بضعة أيام إضافية من المعالجة ، أصدر الخادم المراجعة أخيرًا ، كما أشار.)

وأضاف الدكتور جايارامان أن نشر هذا المقال في مجلة eLife “يتطلب بعض الأذونات الخاصة وطاقم التحرير ذهابًا وإيابًا”.

هناك حدود لما يمكن أن تكشفه لقطة من الدماغ في نفس الوقت ، والشبكات العصبية لا تحب كل ما يهم دماغ الحيوان. (يرتبط الهيميفرين الخاص بـ Genelia بخلايا الغدة الضامة ، على سبيل المثال ، يؤدي جميع أنواع الوظائف المهمة في الدماغ.)

أكد الدكتور جيارامان وزملاؤه أنه إن لم يكن لعقود من الزمن ، فإن العديد من العلماء قد بحثوا سابقًا في فسيولوجيا ووظيفة ذبابة الفاكهة والخلايا العصبية الكامنة ، بالإضافة إلى علم الأعصاب النظري ، يمكن استنتاج الكثير من الرابط. عمل.

لكن يمكن أن تساعد مخططات الأسلاك الباحثين في استكشاف النظريات الموجودة وتطوير فرضيات أفضل ، وتحديد الأسئلة التي يجب طرحها والاختبارات التي يجب إجراؤها.

قال الدكتور هالز: “أكثر ما يسعدنا الآن هو أخذ تلك الأفكار المستوحاة من Connectom والعودة إلى المجهر ، والذهاب إلى أقطابنا الكهربائية وتسجيل الدماغ فعليًا ومعرفة ما إذا كانت هذه الأفكار حقيقية”.

بالطبع ، قد يتساءل المرء عن سبب أهمية محيط دماغ عشية الفاكهة – وقد يتساءل البعض.

قال الدكتور هالز: “أسمع الكثير من هذا خلال الإجازات”.

الذباب ليس جرذان أو سيمز أو بشر ، لكن أدمغتهم تؤدي نفس الوظائف الأساسية.. قال ديفيد فان إيسن ، عالم الأعصاب بجامعة واشنطن في سانت لويس ، إن فهم الدوائر العصبية الأساسية للحشرة يمكن أن يوفر أدلة مهمة حول كيفية تعامل أدمغة الحيوانات الأخرى مع مشاكل مماثلة.

وقال إن اكتساب فهم أعمق لدماغ حواء “يمنحنا أيضًا رؤى أكثر صلة بفهم دماغ وسلوك الثدييات والبشر”.

يمكن أن يكون إنشاء اتصالات دماغية أكبر وأكثر تعقيدًا أمرًا صعبًا للغاية. يحتوي دماغ الفأر على 70 مليون خلية عصبية ودماغ الإنسان يحتوي على 86 مليار خلية عصبية.

لكن الورقة المركزية المعقدة ليست بالتأكيد طريقة ؛ وقال الدكتور ريد إن الأبحاث المكثفة حول الفأر الإقليمي والصلات البشرية قيد الإعداد حاليًا: “لا يزال هناك الكثير في المستقبل”.

محرري المجلات ، كن حذرا.