Yenilikler

Sineklerde tek bir beyin hücresi vücudun birden fazla hareketini yönlendirebilir

Motor nöronlar, beynin kaslara harekete geçmesini emretmek için kullandığı hücrelerdir. Bilim insanları bunları genellikle bilgisayarları aksesuarlarına bağlayan kablolar gibi basit bağlantılar olarak düşünüyorlardı. Şimdi, sinek araştırmalarında, Columbia Zuckerman Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, tek motor nöronların her birinin, bir böceğin vücudunu önceden düşünülenden çok daha karmaşık şekillerde hareket etmeye yönlendirebildiğini keşfettiler.

Bulgular şu adreste yayınlandı: Doğa 20 Mart’ta.

Columbia Zuckerman Enstitüsü’nde yardımcı araştırma bilimcisi ve çalışmanın ilgili yazarı olan Ph.D. Stephen Huston, “Bu, bilim adamlarının vücut doğal olarak hareket ederken tek motor nöronların ne yaptığını 3 boyutlu olarak analiz ettiği ilk seferlerden biridir” dedi. “Her bir motor nöronun ne yaptığını bilmeden beynin vücudu nasıl hareket ettirdiğini anlayamazsınız, tıpkı bir kuklacının kuklanın iplerinin ne yaptığını anlamadan kukla hareketini nasıl yaptığını anlayamayacağınız gibi.”

Motor nöronlar, beynin bir parmak hareketinden göz açıp kapayıncaya kadar vücut hareketlerini kontrol ettiği son bağlantılardır. Bu önemli göreve rağmen araştırmacılar, tek motor nöronların harekette oynadığı rolü ancak şimdi ortaya çıkarmaya başlıyorlar. Hareket eden hayvanlarda bireysel nöronların aktivitesini ölçmenin deneysel olarak zor olduğu kanıtlanmıştır.

Artık laboratuvar tekniklerindeki ilerlemeler, araştırmacıların, böcekler serbestçe hareket ederken meyve sineklerindeki tek motor nöronlarını manipüle etmelerini mümkün kıldı.

Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nün Ashburn, Virginia’daki Janelia Araştırma Kampüsü’nde başlayan deneylerde araştırmacılar için ilk adım, susam tanesi büyüklüğündeki sineğin kafa hareketlerini kontrol eden 25 kadar motor nörondaki ışığa duyarlı molekülleri aktive etmek oldu. . Bu, bilim adamlarının motor nöronlarını birer birer açmak için kırmızı ışık kullanmasını sağladı. Aynı zamanda bu hareketleri takip etmek için yapay zeka tekniklerini kullanırken ortaya çıkan kafa hareketlerini de kaydettiler.

Dr. Huston, “Nöronların çoğu popülasyon olarak uyum içinde hareket ediyor, bu nedenle bir seferde sadece bir motor nöronu etkinleştirdiğimizde çok fazla bir şey görmeyi, hatta herhangi bir kafa hareketi görmeyi beklemiyorduk” dedi.

Bilim adamları en fazla, her bir motor nöronunun basit bir hareket (örneğin başın 10 derece sola dönmesi) üretecek şekilde programlandığını beklemişlerdi. Bunun yerine, daha sonra Zuckerman Enstitüsü’nde gerçekleştirilen hesaplamalı analiz yoluyla araştırmacılar, her bir motor nöronun aktive edilmesinin, sineğin kafasının başlangıç ​​duruşuna bağlı olarak başın çeşitli şekillerde, hatta bazılarının birbirine zıt yönlerde dönmesine neden olabileceğini keşfettiler.

Doktora sahibi Benjamin Gorko, “Bu hareketleri gerçekleştirmek için bireysel nöronları nasıl özel olarak etkinleştirebileceğimiz konusunda gerçekten heyecanlandım” dedi. Santa Barbara’daki California Üniversitesi’nde moleküler, hücresel ve gelişimsel biyoloji bölümünde öğrenci ve çalışmanın ilk yazarı.

Bilim adamları bu tür motor kontrolünü dijital bir termostata benzetiyorlar; burada istenen sıcaklığın ayarlanması, mevcut oda sıcaklığına bağlı olarak odanın ısınmasına veya soğumasına neden oluyor. Aynı şekilde, araştırmacılar her bir motor nöronu uyardığında, sineğin kafası o motor nörona özel bir poza doğru hareket etti ve böceğin kafası, başlangıç ​​duruşuna bağlı olarak istenen pozisyona ulaşmak için bir yöne veya diğer yöne döndü.

Araştırma ekibinin termostat benzeri modeli, beynin vücudu belirli bir şekilde hareket ettirmek istediğinde, her seferinde aynı motor nöron grubunu uyararak aynı sonucu bekleyemeyeceğini öne sürüyor. Bunun yerine beyin, vücudun mevcut duruşu hakkında aldığı duyusal verilere dayanarak hangi motor nöronların etkinleştirileceğini hesaplamalıdır. Gerçekten de, sineğin başının pozisyonunu izleyen duyu nöronlarının devre dışı bırakılması, bilim insanları motor nöronları uyardığında böceğin hareket şeklini değiştirdi.

Meyve sineklerinde beynin hücresel düzeyde ne yaptığını belirlemek, akademik bir çalışmadan daha fazlasıdır. Huston, “Motor nöronların ne yaptığını daha iyi anlamak, ALS veya Lou Gehrig hastalığı olarak da bilinen amiyotrofik lateral skleroz gibi motor sistemi etkileyen hastalıkları anlamamıza yardımcı olabilir” dedi.

Daha sonra araştırmacılar, görsel sistemdekiler gibi sinekteki diğer türdeki nöronların hareketi kontrol etmek için motor nöronlarla nasıl etkileşime girdiğini araştırmak istiyorlar.

“Motor nöronlar propriyoseptif şekillendirme yoluyla poz hedefli hareketler üretir” başlıklı makale çevrimiçi olarak yayınlandı. Doğa 20 Mart 2024’te.

Yazarların tam listesi arasında Benjamin Gorko, Igor Siwanowicz, Kari Close, Christina Christoforou, Karen L. Hibbard, Mayank Kabra, Allen Lee, Jin Yong Park, Si Ying Li, Alex B. Chen, Shigehiro Namiki, Chenghao Chen, John C yer alıyor. Tuthill, Davi D. Bock, Herve? Rouault, Kristin Branson, Gudrun Ihrke ve Stephen J. Huston.

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240320122355.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu