Sinirbilim

Yeni Araçlar Bebeklerde Miyelin Büyümesini Aydınlatıyor

Özet: Araştırmacılar beyin gizemlerini çözmek için geniş veri kümeleriyle boğuşuyor. Bir ekip, 300 bebeğin MRI’larını analiz etmek için yeni bir yazılım kullandı ve beyaz maddedeki miyelinin doğumdan sonra daha yavaş büyüdüğünü ortaya çıkardı.

Bu keşif, yaşamın erken dönemindeki beyin gelişimi ve erken doğumun potansiyel etkileri hakkında fikir veriyor. Nöroenformatik sayesinde araştırmacılar artık binlerce kişiden oluşan veri kümelerini keşfederek beyin sağlığı ve gelişimine dair derin bilgiler sunabiliyor.

Ana unsurlar:

  1. Çalışmada 300 bebeğin MRI’larını analiz etmek için yeni bir yazılım kullanıldı ve beyaz maddedeki miyelinin doğumdan sonra daha yavaş geliştiğini gösterdi.
  2. Anormal miyelin gelişimi, kronik depresyon ve şizofreni gibi çeşitli gelişimsel ve zihinsel sağlık bozukluklarıyla bağlantılıdır.
  3. Hem doğumdaki gebelik yaşı hem de tarama sırasındaki miyelin gelişimi etkilenir, ancak doğum önemli bir yavaşlamaya neden olur.

Kaynak: Washington Üniversitesi

Tek bir beyin akıl almaz derecede karmaşıktır. Yani beyin araştırmacıları, ister 81 faredeki 300.000 nörondan, ister 1.200 genç yetişkinin MRI’larından oluşturulan veri setlerine bakıyor olsunlar, artık o kadar çok bilgiyle uğraşıyorlar ki, bunu anlamak için yeni yöntemler de bulmaları gerekiyor. Beyin sağlığını ve gelişimini anlamak için yeni analiz araçları geliştirmek, bunları kullanmak kadar önemli hale geldi.

Washington Üniversitesi’nden araştırmacıların da dahil olduğu bir ekip yakın zamanda 300 bebeğin MR’larını karşılaştırmak için yeni bir yazılım kullandı ve beynin beyaz maddesi olarak adlandırılan miyelinin doğumdan sonra çok daha yavaş geliştiğini keşfetti. Araştırmacılar bulgularını 7 Ağustos’ta yayınladılar. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.

Bu nöronları gösterir.
Aksonları yalıtan yağlı bir kılıf olan miyelinin beyaz maddede nasıl büyüdüğünü inceliyorduk. Kredi: Nörobilim Haberleri

UW News, UW’de psikoloji bölümünde araştırma doçenti ve eBilim Enstitüsü’nde veri bilimi uzmanı olan kıdemli yazar Ariel Rokem ile makale ve araştırma yaklaşımı hakkında konuştu.

Hangi konuları, nasıl araştırıyorsunuz?

Yıla göre Ariel: Grubum, sinirbilim verilerini analiz etmek için yöntemler ve yazılım oluşturmaya odaklanan nöroinformatik alanında çalışıyor. Özellikle insan beynindeki MRI ölçümlerine odaklanıyoruz. Beyin, farklı alanlar arasındaki büyük bir bağlantı ağından oluşur. Beynimizin içinde, çok sayıda akson içeren, beyaz madde adı verilen büyük bağlantı demetleri bulunur; bunlar, nöronların oldukça büyük mesafeler boyunca birbirleriyle konuşmasını sağlayan uzun, dallanan nöron parçalarıdır.

Bu nedenle, bir çalışmadaki her kişide bu demetleri bulmak ve ardından bu demetlerin içindeki dokuyu anlamak için MRI’yı kullanıyoruz. Buradan yola çıkarak, belirli hastalıkları olan ve olmayan kişiler arasındaki farkları veya gelişim veya bilişsel yeteneklerdeki farklılıkları bulabiliriz.

Bu yaklaşımın beyin araştırmalarının tarihsel olarak uygulanma biçiminden farkı nedir?

AR: Uzun yıllar boyunca araştırmacılar test deneklerini yerel hastanelere veya MRI merkezlerine götürüp bazı veriler topladılar. Ve insanlar hala bunu yapıyor. Aslında benim de parçası olduğum yeni UW İnsan Sinir Bilimi Merkezi’nde bu tarayıcılardan bir tanesi var. Ancak daha yeni yaklaşımlar çok daha büyük miktarda veri toplamayı içeriyor.

Örneğin, UW’deki departmandaki herhangi birinin 1000’den fazla kişiden veri toplaması zor olurdu. Ancak birkaç yıl önce, Ulusal Sağlık Enstitüleri, tam olarak bunu yapmak için İnsan Connectome Projesi adı verilen projeyi finanse etti; 1.200 sağlıklı, yetişkin insandan oluşan bir örnek alın ve her biri hakkında oldukça büyük miktarda veri toplayın. Nöroenformatikte bu tür veri kümelerini alıp bunları incelemek için araçlar geliştiriyoruz.

Bu yöntemler beyin biliminde hangi keşiflere yol açtı?

AR: Son makalemiz buna iyi bir örnektir. Ekibimiz, yeni doğan bebeklerden yaşamlarının ilk birkaç gününde veri toplayan Gelişmekte Olan İnsan Bağlantısı Projesi’nden alınan geniş, halka açık bir veri kümesini kullandı. 300’den fazla bebeğin bu taramalarında beyaz maddenin nasıl geliştiğine bakıyorduk.

Marburg Philipps Üniversitesi’nden ortak çalışma arkadaşım ve başyazar Mareike Grotheer, daha önce yetişkinlerde beyaz madde demetlerini bulmaya yönelik yazılımı almış ve bunu bebeklerin beyinleri üzerinde çalışacak şekilde uyarlamıştı. Bu çalışmada bulut bilişim kullanarak yaklaşımını büyüttük. Aksonları yalıtan yağlı bir kılıf olan miyelinin beyaz maddede nasıl büyüdüğünü inceliyorduk.

Diğer çalışmalardan anormal miyelin gelişiminin kronik depresyondan şizofreniye kadar birçok gelişimsel ve zihinsel sağlık bozukluğuyla ilişkili olduğunu biliyoruz. Ancak bu çalışmadan önce doğumun miyelin gelişiminin seyrini nasıl değiştirdiğini hâlâ bilmiyorduk.

Test etmek istediğimiz birkaç hipotezimiz vardı. Birincisi, tam olarak ne zaman doğduğunuzun bir önemi yok; sadece gebelikten taramaya kadar ne kadar zaman geçtiği önemlidir. Bir diğeri ise, sadece döllenmeden ne kadar süre sonra doğduğunuzun önemli olduğu ve doğumdan ne kadar süre sonra tarandığınızın bir önemi olmadığıydı. Ve bunların her ikisinin de önemli olduğunu söyleyen üçüncü bir hipotezimiz vardı: Bebeğin anne rahminde ne kadar süre gebelik geçirdiği ve doğumdan tarama anına kadar ne kadar zaman geçtiği.

Yani, çok erken erken doğumdan, 40 haftalık sürenin tamamından birkaç hafta sonra doğan bebeklere kadar, farklı gebelik yaşlarında doğan bebeklerin taramalarını karşılaştırıyorduk. Üzerinde çalışacağımız büyük bir veri seti olduğundan, bebeklerin beyinlerinin yaşamın ilk birkaç günü ve haftalarında nasıl değiştiğini gerçekten grafiklendirebildik.

Verilerin hem doğumdaki gebelik yaşının hem de tarama sırasındaki gebelik yaşının önemli olduğunu desteklediğini ancak doğumda bir dönüm noktasının olduğunu bulduk. Tam o sırada, incelediğimiz bu paketlerin gelişimi önemli ölçüde yavaşlıyor. Bu temel bir gerçek ama şimdiye kadar bunu bilmiyorduk ve kamuya açık verileri inceleyerek bulduk.

Bunun, yaşamın erken dönemindeki beyin gelişimine ilişkin temel anlayışımız ve erken doğumun olumsuz etkilerini hafifletme yollarımız üzerinde etkileri vardır. Belki de, örneğin doğumdan sonra “rahim benzeri” bir ortam yaratmak, bu yavaşlayan gelişmeyi dengeleyebilir ve prematüre bebeklerin beyinlerinin gelişmesi için daha fazla zaman verebilir.

Bu yöntemlerle ileriye doğru ilerlerken neyi araştırmayı düşünüyorsunuz?

AR: Otizm spektrum bozukluğu ve şizofreniyle ilgili beyin bağlantıları hakkında sorular sormaya başlıyoruz. Artık UW’nin ACT Çalışması’nın veya Yetişkinlerin Düşüncesindeki Değişiklikler Araştırması’nın da bir parçasıyız.

Yaklaşık 30 yıldır Seattle bölgesinde yaşlanan büyük bir grup insanı takip ediyor. Bu çalışmanın son turunda MRI ölçümlerini ekledik. Yaşlanan insanlarda beyaz madde demetleri hakkında çıkarımda bulunabilecek yöntemler geliştiriyoruz.

Bu makalenin diğer ortak yazarları, psikoloji bölümünde eski bir UW lisans sonrası öğrencisi olan David Bloom; UW’de psikoloji bölümünde doktora öğrencisi olan John Kruper; Adam Richie-Halford, psikoloji bölümünde eski bir UW doktora sonrası araştırmacısı; Marburg Philipps Üniversitesi’nden Stephanie Zika ve Vicente A. Aguilera González; ve Stanford Üniversitesi’nden Jason D. Yeatman ve Kalanit Grill-Spector. Bu araştırma Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü ve Ulusal Göz Enstitüsü tarafından finanse edildi.

Bu nörogelişim araştırması haberi hakkında

Soyut

İnsan beyaz maddesi rahimdeyken, rahim dışında olduğundan daha hızlı miyelinlenir

Sinir liflerini yalıtan yağlı kılıf olan miyelin oluşumu, sağlıklı beyin fonksiyonu için kritik öneme sahiptir. Temel açık soru, doğmanın miyelin büyümesi üzerindeki etkisinin ne olduğudur. Bu sorunu çözmek için büyük bir (N = 300) Gelişen İnsan Bağlantı Projesi’nden (dHCP) yeni doğanların kesitsel örneği.

İlk olarak, büyük numuneler için çok uygun olan, bireysel yenidoğanlardaki 20 beyaz madde demetinin otomatik olarak tanımlanmasına yönelik bir yazılım geliştirdik. Daha sonra, T1w/T2w’nin (myeline duyarlı görüntüleme kontrastı) demetler boyunca her noktada zaman içinde nasıl değiştiğini ölçen doğrusal modelleri yerleştiriyoruz. Doğumdan önce tüm demetlerin uzunlukları boyunca T1w/T2w’nin doğumdan hemen sonraya göre daha hızlı arttığını bulduk.

Ayrıca, erken doğmuş bebeklerin ayrı bir uzunlamasına örneğinde (N = 34), aynı yaşta ölçülen tam dönem akranlarına göre daha düşük T1w/T2w bulduk. Kesit örneğine uyan doğrusal modelleri erken doğmuş bebeklerin uzunlamasına örneğine uygulayarak, T1w/T2w büyümesindeki gecikmelerin, utero ve ex utero’da gelişmek için harcadıkları zaman miktarıyla iyi açıklandığını bulduk.

Bu sonuçlar, beyaz maddenin rahimde, rahim dışında olduğundan daha hızlı miyelinleştiğini göstermektedir. Doğumdan sonra miyelin büyüme oranının azalması, erken doğan bireylerde miyelin içeriğinin düşük olmasını açıklıyor ve erken doğumun uzun vadeli bilişsel, nörolojik ve gelişimsel sonuçlarını açıklayabiliyor.

Prematüre doğan bebeklerin ortamını rahimde yaşayacakları ortamla yakından eşleştirmenin miyelin büyümesindeki gecikmeleri azaltabileceğini ve dolayısıyla gelişimsel sonuçları iyileştirebileceğini varsayıyoruz.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/myelin-neurodevelopment-23968/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu