بواسطة ويل دنهام
واشنطن (رويترز) -أنتج أطباء التغذية أكبر مخطط الأسلاك وخريطة وظيفية لدماغ الثدييات حتى الآن باستخدام الأنسجة من جزء من القشرة الدماغية للماوس المشاركة في الرؤية ، وهو إنجاز يمكن أن يقدم نظرة ثاقبة على كيفية عمل الدماغ البشري.
لقد عملوا على العمارة الدماغية في عينة من الأنسجة بحجم حبة من الرمل تحمل أكثر من 200000 خلية بما في ذلك ما يقرب من 84000 خلية عصبية ، تسمى الخلايا العصبية ، وحوالي 524 مليون اتصال بين هذه الخلايا العصبية عند الوصلات التي تسمى المشابك. إجمالاً ، قاموا بجمع البيانات التي تغطي حوالي 3.4 ميل (5.4 كيلومتر) من الأسلاك العصبية في جزء من الدماغ يعالج المعلومات البصرية من العيون.
وقال عالم الأعصاب فورست كولمان في معهد ألين لعلوم الدماغ ، “الملايين من المشابك المشابك ومئات الآلاف من الخلايا في مثل هذا التنوع من الأشكال والأحجام ، ويحتويون على تعقيد هائل. بالنظر إلى تعقيدها ، على الأقل نحن على الأقل من الرهبة حول التعقيد الهائل في أبحاثنا في مجال الأبحاث في المجلة.
القشرة الدماغية هي الطبقة الخارجية للدماغ ، والموقع الرئيسي للتصورات الواعية ، والأحكام ، وتخطيط الحركات وتنفيذها.
وقال عالم الأعصاب أندرياس تولياس من كلية بايلور للطب في وقت واحد ، على سبيل المثال ، ما هي المعلومات التي يعالجونها ، على سبيل المثال ، ما هي المعلومات التي يعالجونها “، يدرس العلماء بنية الدماغ وتشريح الدماغ – بما في ذلك مورفولوجيا أنواع الخلايا المختلفة وكيفية الاتصال بها – لأكثر من قرن.
وأضاف تولياس: “ومع ذلك ، فإن فهم كيفية ظهور وظيفة الخلايا العصبية على مستوى الدائرة كان يمثل تحديًا ، لأننا نحتاج إلى دراسة كل من الوظيفة والأسلاك في نفس الخلايا العصبية. تمثل دراستنا أكبر جهد حتى الآن لتوحيد بنية الدماغ ووظيفة فردية بشكل منهجي”.
في حين أن هناك اختلافات ملحوظة بين الماوس والأدمغة البشرية ، إلا أن العديد من المبادئ التنظيمية تظل محفوظة عبر الأنواع.
ركز البحث على جزء من هذه المنطقة يسمى القشرة البصرية الأولية ، التي تشارك في المرحلة الأولى من معالجة الدماغ للمعلومات البصرية.
تم إجراء البحث من قبل Microns ، قصيرة للذكاء الآلي من الشبكات القشرية ، وهو اتحاد علمي يشمل أكثر من 150 عالم من مختلف المؤسسات.
ابتكر الباحثون في كلية بايلور للطب خريطة للنشاط العصبي في ملليمتر مكعب من القشرة البصرية الأولية من خلال تسجيل استجابات خلايا الدماغ بينما كان الماوس المختبري يركض على جهاز المشي أثناء مشاهدة مجموعة متنوعة من صور الفيديو ، بما في ذلك من أفلام “المصفوفة”. تم تعديل الماوس وراثيا لجعل هذه الخلايا تنبعث منها مادة الفلورسنت عندما كانت الخلايا العصبية نشطة.
ثم تم تصوير نفس الخلايا العصبية في معهد ألين. تم تجميع تلك الصور في ثلاثة أبعاد ، واستخدم باحثو جامعة برينستون الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لإعادة بناء الخلايا العصبية وأنماط اتصالهم.
يتم ملء الدماغ بواسطة شبكة من الخلايا بما في ذلك الخلايا العصبية التي يتم تنشيطها بواسطة المحفزات الحسية مثل الرؤية أو الصوت أو اللمس وتتصل بها المشابك العصبية. تتضمن الوظيفة المعرفية التفاعل بين تنشيط الخلايا العصبية والروابط بين خلايا الدماغ.
يرى الباحثون فوائد عملية من هذا النوع من الأبحاث.
“أولاً ، يمكن لفهم قواعد أسلاك الدماغ إلقاء الضوء على مختلف الاضطرابات العصبية والنفسية ، بما في ذلك مرض التوحد والفصام ، والتي قد تنشأ من تشوهات الأسلاك الدقيقة. ثانياً ، مع العلم على وجه التحديد كيف تتيح لنا أشكال الأسلاك العصبية وظيفة الدماغ الكشف عن آليات أساسية للإدراك” ، قال تولياس.
تضمن أحد الاكتشافات الرئيسية التي تم تسليط الضوء عليها في البحث خريطة لكيفية تنظيم الروابط التي تنطوي على فئة واسعة من الخلايا العصبية في الدماغ تسمى الخلايا المثبطة. عندما تصبح هذه الخلايا العصبية نشطة ، فإنها تصنع الخلايا التي تكون متصلة بها أقل نشاطًا. هذا يقف على عكس الخلايا المثيرة ، التي تجعل الخلايا التي تربط بها أكثر عرضة لتصبح نشطة. تمثل الخلايا المثبطة حوالي 15 ٪ من الخلايا العصبية القشرية.
وقال كولمان: “لقد وجدنا أن العديد من أنماط تثبيط أكثر تحديداً مما يتوقع الكثيرون ، بمن فيهم الولايات المتحدة ، العثور عليه”.
وقال كولمان: “لا تتصل الخلايا المثبطة بشكل عشوائي بجميع الخلايا المثيرة من حولها ، ولكن بدلاً من ذلك تختار أنواعًا محددة للغاية من الخلايا العصبية للاتصال بها. علاوة على ذلك ، كان من المعروف أن هناك أربعة أنواع رئيسية من الخلايا العصبية المثبطة في القشرة ، لكن أنماط الخصوصية تقسم هذه الفئات إلى مجموعات أكثر دقة”.
(شارك في تقارير ويل دونهام ، تحرير روزالبا أوبراين)