تقنية رسم الخرائط عالية الدقة تكشف عن بنية الدوائر الأساسية للدماغ

تقنية رسم الخرائط عالية الدقة تكشف عن بنية الدوائر الأساسية للدماغ

دراسة مشتركة بين Salk-Gladstone لمساعدة العلماء على فك رموز الدوائر التي توجه وظائف المخ

لا جولا ، كاليفورنيا — تكمن قوة الدماغ في تريليونات الوصلات بين الخلايا ، والتي تسمى المشابك العصبية التي تشكل معًا "شبكات" عصبية معقدة. بينما سعى علماء الأعصاب منذ فترة طويلة إلى رسم خريطة لهذه الروابط الفردية لمعرفة كيفية تأثيرها على وظائف معينة في الدماغ ، إلا أن التقنيات التقليدية كانت غير ناجحة. الآن ، وجد العلماء في معهد سالك ومعاهد جلادستون ، باستخدام تقنية مبتكرة لتتبع الدماغ ، طريقة لفك تشابك هذه الشبكات. تقدم هذه النتائج نظرة ثاقبة جديدة حول كيفية اتصال مناطق معينة من الدماغ ببعضها البعض ، بينما تكشف أيضًا عن أدلة على ما قد يحدث ، من خلية عصبية إلى خلية عصبية ، عندما تتعطل هذه الروابط.

في العدد الأخير من الخلايا العصبية، فريق بقيادة إدوارد كالاواي، وهو أستاذ في Salk وحاصل على كرسي Audrey Geisel في العلوم الطبية الحيوية ، و أناتول كريتسر، وهو محقق في جلادستون ، قام بدمج نماذج الفئران مع تقنية تعقب معقدة تعرف باسم نظام فيروس داء الكلب أحادي المشبك- لتجميع خرائط على مستوى الدماغ للخلايا العصبية التي تتصل بالعقد القاعدية ، وهي منطقة من الدماغ تشارك في الحركة واتخاذ القرار. يعد تطوير فهم تشريحي مفصل لهذه المنطقة أمرًا مهمًا لأنه يمكن أن يُعلم البحث في الاضطرابات التي يمكن تتبعها إلى الخلل الوظيفي في العقد القاعدية ، بما في ذلك كليهما مرض باكنسون ومرض هنتنغتون.

أوضح كريتسر ، وهو أيضًا أستاذ مساعد في علم الأعصاب وعلم وظائف الأعضاء ، أن "نهج فيروس داء الكلب أحادي المشبك - الذي ابتكره الدكتور كالاواي - بارع في الدقة الرائعة التي يقدمها مقارنة بالطرق السابقة ، والتي كانت فوضوية بدرجة دقة أقل بكثير" في ال جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو، التي ينتمي إليها جلادستون. "في هذه الورقة ، اتخذنا هذا النهج خطوة أخرى إلى الأمام من خلال تنشيط التتبع وراثيًا ، مما يضمن تشغيله فقط في خلايا عصبية معينة في العقد القاعدية. هذه قفزة هائلة إلى الأمام من الناحية التكنولوجية ، حيث يمكننا التأكد من أننا نتابع فقط الشبكات التي تتصل بأنواع معينة من الخلايا في العقد القاعدية من أجزاء أخرى من الدماغ. "

تُظهر الصورة المجهرية الخلايا العصبية في دماغ الفأر التي تم تصنيفها بفيروس داء الكلب المعدل. ترسل هذه الخلايا اتصالات مباشرة إلى المخطط ، وهو منطقة من الدماغ تنظم الحركة الإرادية. يتم تعطيل المخطط في الاضطرابات التنكسية مثل مرض باركنسون ومرض هنتنغتون.

الصورة: بإذن من نيكولاس وول ، معهد سالك للدراسات البيولوجية

في جلادستون ، يركز كريتسر أبحاثه على العقد القاعدية من حيث صلتها بمرض باركنسون. في العام الماضي ، نشر هو وفريقه بحثًا كشف عن أدلة على العلاقة بين نوعين من الخلايا العصبية الموجودة في المنطقة - وكيف يوجهان كل من الحركة واتخاذ القرار. يعمل هذان النوعان ، المسمىان بالخلايا العصبية الشوكية المتوسطة ذات المسار المباشر (dMSN) والخلايا العصبية الشوكية المتوسطة ذات المسار غير المباشر (iMSN) ، كقوى متعارضة. تبدأ dMSNs بالحركة ، مثل دواسة الغاز ، بينما تمنع iMSN الحركة ، مثل الفرامل. وجد البحث الأخير من مختبر Kreitzer كذلك أن هذين النوعين متورطان أيضًا في السلوك ، وتحديداً اتخاذ القرار ، وأن الاختلالات في dMSNs و iMSNs مرتبطة بالسلوكيات المسببة للإدمان والاكتئاب ، على التوالي. كانت هذه النتائج مهمة لأنها قدمت رابطًا بين التنكس العصبي الجسدي الملحوظ في اضطرابات الحركة ، مثل باركنسون ، وبعض الجوانب السلوكية للمرض. لكن هذه الدراسة لا تزال تترك العديد من الأسئلة دون إجابة.

قال نيكولاس وول ، أستاذ ما بعد الدكتوراة في معهد سالك: "على سبيل المثال ، في حين كشفت هذه الدراسة وغيرها عن أدوار dMSNs و iMSNs في الحركة والسلوك ، فإننا نعرف القليل جدًا عن كيفية تأثير مناطق الدماغ الأخرى على وظيفة هذين النوعين من الخلايا العصبية". الزميل والمؤلف الأول للورقة. "نظام فيروس داء الكلب أحادي المشبك يساعدنا في معالجة هذا السؤال."

النظام ، الذي تم تطويره في الأصل في عام 2007 وصقله Wall and Callaway لاستهداف أنواع معينة من الخلايا في عام 2010 ، يستخدم نسخة معدلة من فيروس داء الكلب "لإصابة" منطقة دماغية ، والتي بدورها تستهدف الخلايا العصبية المتصلة بها. عندما تم تطبيق النظام في نماذج الفئران الجينية ، يمكن للفريق أن يرى على وجه التحديد كيف ترتبط الهياكل الحسية والحركية والمكافأة في الدماغ بـ MSNs في العقد القاعدية. ما وجدوه كان مفاجئًا.

قال كريتسر: "لقد لاحظنا أن بعض المناطق أظهرت تفضيلًا للإرسال إلى dMSNs مقابل iMSN ، والعكس صحيح". "على سبيل المثال ، تميل الخلايا العصبية المقيمة في القشرة الحركية للدماغ إلى تفضيل iMSNs ، بينما تفضل الخلايا العصبية في الأنظمة الحسية والجوفية dMSNs. هذا التنظيم الدقيق ، الذي كان من المستحيل تقريبًا مراقبته باستخدام التقنيات التقليدية ، يسمح لنا بالتنبؤ بالأدوار المتميزة لهذين النوعين من الخلايا العصبية ".

قال كالاواي: "يجب التعامل مع هذه النتائج الأولية كمورد ليس فقط لفك تشفير كيفية توجيه هذه الشبكة لمجموعة واسعة من وظائف الدماغ المتميزة للغاية ، ولكن أيضًا كيف يمكن أن تؤدي الاختلالات في أجزاء مختلفة من هذه الشبكة إلى حالات عصبية مختلفة". "إذا تمكنا من استخدام نظام فيروس داء الكلب لتحديد الاضطرابات الشبكية المتميزة في أنواع مختلفة من الأمراض ، فيمكننا تحسين فهمنا للآليات الجزيئية الكامنة وراء هذا المرض - والاقتراب أكثر من تطوير حلول لها."

تم دعم هذا البحث من قبل مؤسسة غاتسبي الخيرية و مبادئ السلوك المعاهد الوطنية للصحة.

عن معهد سالك للدراسات البيولوجية:
معهد سالك للدراسات البيولوجية هو أحد المؤسسات البحثية الأساسية البارزة في العالم ، حيث يقوم أعضاء هيئة التدريس المشهورون دوليًا بالتحقيق في أسئلة علوم الحياة الأساسية في بيئة فريدة وتعاونية وإبداعية. من خلال التركيز على الاكتشاف وتوجيه الأجيال القادمة من الباحثين ، يقدم علماء Salk مساهمات رائدة لفهمنا للسرطان والشيخوخة والزهايمر والسكري والأمراض المعدية من خلال دراسة علم الأعصاب وعلم الوراثة وبيولوجيا الخلايا والنباتات والتخصصات ذات الصلة.

تم الاعتراف بإنجازات أعضاء هيئة التدريس بالعديد من الأوسمة ، بما في ذلك جوائز نوبل والعضويات في الأكاديمية الوطنية للعلوم. تأسس المعهد في عام 1960 من قبل رائد لقاح شلل الأطفال جوناس سالك ، وهو مؤسسة مستقلة غير ربحية ومعلم معماري.

حول معاهد جلادستون:
جلادستون هي منظمة مستقلة وغير ربحية للأبحاث الطبية الحيوية مكرسة لتسريع وتيرة الاكتشاف العلمي والابتكار للوقاية من أمراض القلب والأوعية الدموية والفيروسية والعصبية وعلاجها وعلاجها. جلادستون تابعة لجامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو.