Sinirbilim

Duyusal Deneyimler Nöronları Nasıl Şekillendirir?

Özet: Yeni bir çalışma, beyin hücrelerinin haritasını çıkarmak için hızlı ve uygun maliyetli bir yöntem olan BARseq’i tanıtıyor ve beynimizin hücresel düzeyde nasıl yapılandırıldığına dair yeni bilgiler ortaya çıkarıyor. Araştırmacılar, birden fazla fare beynindeki milyonlarca nöronu sınıflandırmak için BARseq’i kullandı ve her beyin bölgesini tanımlayan benzersiz ‘hücresel imzaları’ keşfetti.

Çalışma aynı zamanda görme kaybı gibi duyusal yoksunlukların bu nöronal yapıları nasıl önemli ölçüde yeniden düzenleyebileceğinin altını çizdi ve duyusal deneyimlerin beyni şekillendirmedeki öneminin altını çizdi. Bu yeni araç yalnızca beyin mimarisine dair anlayışımızı geliştirmekle kalmıyor, aynı zamanda hastalıklarla ilişkili beyin değişikliklerini keşfetme olasılıklarının da kapısını açıyor.

Ana unsurlar:

  1. BARseq teknolojisi, beyindeki nöronların hızlı ve kapsamlı bir şekilde haritalanmasını sağlayarak, her beyin bölgesine özgü farklı hücresel imzaları tanımlar.
  2. Duyusal deneyimler, özellikle görme, farklı beyin alanlarının farklı hücresel kimliklerinin korunmasında ve şekillendirilmesinde kritik bir rol oynar.
  3. BARseq yöntemi, önceki beyin haritalama teknolojilerine göre hem daha uygun maliyetli hem de daha hızlı olup, araştırmacıların gelişmiş beyin çalışmaları yürütmesine daha geniş bir erişim olanağı sağlar.

Kaynak: Allen Enstitüsü

Bilim adamları uzun zamandır beynimizin her biri farklı görevlerden sorumlu olan uzmanlaşmış alanlar halinde organize edildiğini biliyorlardı. Örneğin görsel korteks gördüklerimizi işlerken, motor korteks hareketi yönetir. Ama nasıl bu bölgelerin oluşumu ve sinirsel yapı taşlarının nasıl farklılaştığı bir sır olarak kalıyor.

Bugün yayınlanan bir çalışma Doğa beynin hücresel yapısına yeni bir ışık tutuyor. Allen Beyin Bilimi Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, dokuz fare beynindeki milyonlarca nöronu hızlı bir şekilde sınıflandırmak ve haritalandırmak için BARseq adı verilen gelişmiş bir yöntem kullandı.

Beyin bölgeleri aynı tür nöronları paylaşırken, bu hücrelerin spesifik kombinasyonunun her alana hücresel kimlik kartına benzer şekilde farklı bir ‘imza’ verdiğini keşfettiler.

Ekip ayrıca duyusal girdilerin bu hücresel imzaları nasıl etkilediğini de araştırdı. Görme yeteneğinden yoksun bırakılan farelerin, görsel korteks içindeki hücre tiplerinde büyük bir yeniden organizasyon yaşadığını ve bunun da komşu alanlarla olan ayrımları bulanıklaştırdığını keşfettiler.

Bu kaymalar görsel alanla sınırlı değildi, daha az ölçüde de olsa kortikal bölgelerin yarısında meydana geldi.

Çalışma, her beyin bölgesinin benzersiz hücresel kimliğini şekillendirmede ve sürdürmede duyusal deneyimlerin önemli rolünün altını çiziyor.

Çalışmanın ortak yazarı ve Allen Enstitüsü’nde Yardımcı Araştırmacı olan Ph.D. Xiaoyin Chen, “BARseq, duyusal girdilerin beyin gelişimini nasıl etkilediğini benzeri görülmemiş bir hassasiyetle görmemizi sağlıyor” dedi.

“Bu geniş değişiklikler, en temel düzeyde bile beynimizi şekillendirmede görmenin ne kadar önemli olduğunu gösteriyor.”

Güçlü ve yeni bir beyin haritalama aracı

Allen Enstitüsü’nde bilim insanı ve ortak yazar olan Ph.D. Mara Rue, daha önce birden fazla beyindeki tek hücreli verileri yakalamanın zorlayıcı olduğunu söyledi. Ancak BARseq’in benzer haritalama teknolojilerinden daha ucuz ve daha az zaman harcadığını, araştırmacıların birden fazla kişi arasında beyin çapındaki moleküler mimariyi incelemesine ve karşılaştırmasına olanak tanıdığını söyledi.

BARseq, beyindeki bağlantılarını takip etmek için bireysel beyin hücrelerini benzersiz RNA ‘barkodlarıyla’ etiketler. Gen ekspresyonu analiziyle birleştirilen bu veriler, bilim adamlarının doku dilimlerindeki çok sayıda nöronun yerini belirlemesine ve tanımlamasına olanak tanıyor.

Bu çalışma için araştırmacılar, sağlam doku örneklerinde gen ekspresyonunu hızlı bir şekilde analiz etmek için BARseq’i bağımsız bir yöntem olarak kullandılar. Sadece üç hafta içinde araştırmacılar sekiz beyindeki 9 milyondan fazla hücrenin haritasını çıkardı.

Chen, BARseq’in ölçeği ve hızının bilim adamlarına beynin inceliklerini daha derinlemesine araştırmak için güçlü ve yeni bir araç sağladığını söyledi.

Chen, “BARseq, bir ‘model’ veya ‘standart’ beynin neye benzediğini haritalamanın ötesine geçmemize ve bunu beyinlerin nasıl değiştiğini ve çeşitlendiğini anlamak için bir araç olarak kullanmaya başlamamıza olanak tanıyor” dedi. “Bu verimle, artık bu soruları çok sistematik bir şekilde sorabiliyoruz; bu, diğer tekniklerle düşünülemeyecek bir şey.”

Chen ve Rue, BARseq yönteminin ücretsiz olarak mevcut olduğunu vurguladı. Çalışmalarının, diğer araştırmacıları beynin organizasyon ilkelerini araştırmak veya hastalıklarla ilişkili hücre türlerini yakından incelemek için kullanmaya teşvik edeceğini umuyorlar.

Rue, “Bu yalnızca büyük laboratuvarların yapabileceği bir şey değil” dedi. “Çalışmamız, BARseq’in bu alandaki çok sayıda insanın kendi sorularını yanıtlamak için uzamsal transkriptomik kullanmasına izin verdiği ilkesinin bir kanıtıdır.”

Bu beyin haritalaması ve nöroteknoloji araştırma haberleri hakkında

Soyut

Tüm korteks yerinde sıralama, girdiye bağlı alan kimliğini ortaya koyuyor

Serebral korteks, özel kortikal alanlar halinde düzenlenmiş, farklı gen ifadelerine sahip nöron tiplerinden oluşur. Her biri karakteristik hücre mimarisine, bağlantıya ve nöronal aktiviteye sahip olan bu alanlar, modüler ağlara bağlanmıştır.

Ancak bu mekansal organizasyonların nöronal transkriptomik imzalara yansıyıp yansımadığı ve bu tür imzaların gelişim sırasında nasıl oluşturulduğu henüz belirsizliğini koruyor.

Burada, dokuz fare ön beyin yarıküresindeki 4.194.658 kortikal nöron da dahil olmak üzere 10.3 milyon hücredeki 104 hücre tipi işaretleyici genin ekspresyonunu hücresel çözünürlükte sorgulamak için yüksek verimli bir yerinde sıralama tekniği olan BARseq’i kullandık. Tek nöronlarda gen ekspresyonunun de novo kümelenmesi, önceki tek hücreli RNA dizileme çalışmaları ile tutarlı transkriptomik türleri ortaya çıkardı. Transkriptomik tiplerin bileşimi, kortikal alan kimliğinin yüksek düzeyde öngörüsüdür.

Dahası, kortikal modüller olarak tanımladığımız transkriptomik tiplerin benzer bileşimlerine sahip alanlar, yüksek düzeyde bağlantılı alanlarla örtüşüyor; bu da aynı modüler organizasyonun hem transkriptomik imzalarda hem de bağlantıda yansıtıldığını gösteriyor.

Kortikal nöronların transkriptomik profillerinin gelişime nasıl bağlı olduğunu araştırmak için neonatal binoküler enükleasyon sonrasında hücre tipi dağılımlarını değerlendirdik.

Özellikle, binoküler enükleasyon, görsel alanların hücre tipi bileşim profillerinin aynı modül içindeki komşu kortikal alanlara doğru kaymasına neden oldu; bu, periferik girdilerin, kortikal modüller içindeki alanların farklı transkriptomik kimliklerini keskinleştirdiğini ortaya koydu.

BARseq’in yüksek verimi, düşük maliyeti ve tekrarlanabilirliği ile mümkün kılınan çalışmamız, hem beyin çapındaki moleküler mimariyi ortaya çıkarmak hem de gelişimini anlamak için büyük ölçekli yerinde sıralamanın kullanımına yönelik bir prensip kanıtı sağlar.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/sensory-experience-neurodevelopment-25981/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu