نقشه های مغزی جدید با جزییات بی مانند، ممکن است علوم اعصاب را متحول کند.
سکانس هایRNA که بوسیله ی ویروس دستکاری شده از نظر ژنتیکی، و مناسب برای نفوذ به سلول های خاص عصبی منتقل میشود برای تصویر برداری از راه های عصبی مغز و نحوه توزیع هر نورون در مغز استفاده میشود.
تکنیکی بر اساس بارکدهای ژنتیکی در مقادیر بی سابقه، میتواند به سادگی از ارتباط های سلول های منفرد مغزی نقشه برداری کند. پیچیدگی غیر قابل انتظار سیستم بینایی، نخستین چیزی بوده است که این نقشه برداری نشان داده است. تکنولوژی جدید برای ردگیری مسیرهای حقیقی ارتباط های عصبی در مغز با تعدادی از سلول ها کار میکند که تا امروز، تصویربرداری نشده است.
نوروساینتیستتونی زادورتومددر حالی که روی میز خود در آزمایشگاهcold spring Harber laboratoryنشسته است کامپیوتر خود را به طرف من میکشد تا تصویر ماتریکسی پیچیده ای را به من نشان دهد. چیزی شبیه صفحه ی وسیع را تصور کن ولی به جای اعداد از رنگ تشکیل شده باشد که درجه شدت آن، متفاوت است.
او می گوید: وقتی من به مردم میگویم ارتباط دهها یا هزاران نورون را تصویر برداری کرده ام و آن را به آنها نشان ندهم توجه آنها جلب نمیشود ولی اگر همین را به آنها نشان دهم میگویند عجب چیز جالبی!
آنچه زادور به من نشان داد نقشه ی 50 هزار نورون در قشر مغزی موش بود. این نقشه، محل جسم سلولی نورون ها و جایی را که آکسون های بزرگ، انباشته و شاخه شاخه میشود نشان میدهد. نقشه عصبی در این اندازه و جزییات قبلا ساخته نشده است. در مقایسه با روش قدیمی نقشه برداری مغز- که نورون ها را با فلورسنت رنگامیزی میکرد- در روش جدید از الگوی غیر معمول و پژوهش بیولوژی مولکولی در cold spring Harber laboratory استفاده میشود. او چند بیت از اطلاعات ژنومی را استفاده کرد تا یک سکانسRNA یا بارکد واحد را در هر نورون، نفوذ دهد سپس او مغز را مانند کیک، به مکعب هایی تقسیم کرد و هر قطعه را با سکانس ژنتیکی تغذیه نمود. نتیجه، یک تصویر سه بعدی از 50 هزار نورون در کورتکس موش است.
این کار بزرگ زادور هنوز برای تایید به کار نیاز دارد. ولی در مقاله ای که اخیرا در مجله ی نیچر منتشر شده است او و همکارانش بیان کردند تکنیکی به نام MAPseq(multiplexed analysis of projection by sequencing) میتواند برای پیدا کردن سلول های جدید و الگوهای انتشار آکسون آن که قبلا هرگز دیده نشده است استفاده شود.
مقاله همچنین نشان داد این سبک جدید نقشه برداری از مغز در دقت، مشابه روش رنگامیزی فلورسنت است که روش ایده آل به حساب می‌آمده است ولی با تعداد کمتری از نورون ها کار میکند.
تونی زادور نوروفیزیولوژیست در cold spring Harber فهمید تکنیک های سکانس کردن ژنومی میتواند به کار برود تا تعداد نجومی نورون ها و ارتباط ها را در مغز رام کند و در اختیار بگیرد. پروژه طی کارهای روزانه ی زادور به عنوان یک نوروفیزیولوژیست متولد شد.
او روی تصمیم گیری های شنوایی در جوندگان کار میکند؛ اینکه مغز آنها چگونه می‌شنود و اطلاعات شنوایی را پردازش میکند و بازده رفتاری را تعیین میکند ثبت های الکتروفیزیولوژیک و دیگر ابزارهای سنتی برای مشخص کردن و پاسخ به سوالات، که دانشمند علاقه مند به ریاضیات را راضی نمیکند.
از دید زادور مشکل اینجا است که ما خیلی در مورد مدارهای موجود در میان نورون ها نمی دانیم و این، سبب شد او شغل دوم خود را در تهیه ی نقشه ای از مغز بگذراند. وضعیت کنونی هنر تصویر برداری از مغز به وسیله ی اطلس آلن براینتهیه شده است.
سالها روی این اطلس در آزمایشگاه های بزرگی با هزینه 25 میلیون دلار کار شده است. اطلس آلن به عنوان یک تصویر برداری بزرگ از مغز به حساب می‌آید و زیر دسته های نورونی را همراه با ارتباط های آنها تصویر میکند.
این اطلس برای پژوهشگران سودمند است ولی به طور دقیق میتواند بین گروه ها و زیر دسته های نورونی تمایز بگذارند.
برای اینکه بدانیم چگونه یک موش صداهای با فرکانس بالا را می شنود از فرایندهایی استفاده شد که صدا همراه یک جایزه به صورت نوشیدنی تازه است و حافظه های جدیدی را بار گذاری میکند تا فرایند بعدا قابل پردازش باشد ما نیازمند به یک نقشه از مغز خواهیم بود.
از دید زادور، نبود اطلاعات در مورد نوع مدار عصبی، دلیل عدم پیشرفت در درمان بسیاری از بیماری های روانی بوده است و اینکه چرا هوش مصنوعی هنوز خیلی هم باهوش نیست.
جاسنتوس کبشولدانشمند علوم اعصاب در دانشگاه استانفورد نویسنده ی مقاله جدید مجله ی نیچر، می گوید انجام پژوهش های نوروساینس بدون دانستن مدارها مانند دانستن کارهای کامپیوتری با نگاه کردن به آن از بیرون و فروکردن یک الکترود و پیگیری چیزی است که می‌بینیم بدون آنکه های بدانیم درایو سخت مرتبط با پردازنده است و USBاطلاعات را به همه سیستم می فرستد. در این حالت، دشوار است بدانیم چه اتفاقی می افتد.
دکتر سید سلمان فاطمی . نورولوژیست, [13.06.21 21:10]
الهام برای MAPseq برای زادور وقتی بود که او با تکنیک دیگر نقشه برداری مغز به نام brainbowآشنا شد. این تکنیک از آزمایشگاه جف لیتشماندر دانشگاه هاروارد بیرون آمد. برجسته بودن این تکنیک اینکه دویست نورون مجزا را
به طور همزمان با استفاده از رنگامیزی فلورسنت از نظر ژنتیکی، نشان دار کرد. نتیجه یک تابلوی شگفت آور چند رنگی از نورون ها بود که با جزییات یک ساختار پیچیده نورونی و آکسون ها و ارتباط های آنها را نشان داد. این کار پیشگامانه باعث امیدواری شد که طراحی کامل ارتباط های عصبی به نام کانتوم های عصبی ممکن شود. محدودیت این کار اینکه زیر میکروسکوپ، دانشمندان فقط حدود ده رنگ مجزا را شناسایی می‌کنند که نشان دهنده ی محدودیت کار روی سلول های عصبی قشر مغز و نقشه برداری همزمان از نورون های فراوان است. در این زمان، فکری تازه به سر زادور رسید. او تصور کرد چالش پیچیدگی بسیار زیاد کانکتوم ممکن است اینطور حل شود که دانشمندان بتوانند سرعت و هزینه ی زیاد تکنیک های سکانس ژنومی را مهار کنند.
در MAPseq ویروس های تغییر یافته از نظر ژنتیکی را که میتواند مجموعه ای از سکانس های شناخته شده ی RNA یا بارکدها را داشته باشد به حیوانی تزریق می‌کنند. طی یکی هفته یا بیشتر ویروس ها در بدن حیوان، تکثیر میشود و هر سلول عصبی را با ترکیبی مشخص از این بارکد ها پر میکند. بعدا وقتی پژوهشگران مغز را به قسمت هایی بخش بخش کنند بارکدهایRNA میتواند به آنها کمک کند نورون های مجزا را در هر اسلاید، پیگیری کنند.
دید جدید زادور منجر به مقاله ی جدید مجله ی نیچر شد که در آن، تیم آزمایشگاه او و یک گروه از دانشگاه کالج لندن به مدیریتتوماس میرسیک فلاجل از MAPseq استفاده کردند تا زائده های حدود ششصد نورون را در سیستم بینایی موش پیگیری کنند. ششصد نورون یک آغاز ضعیف در مورد ده ها میلیون نورون موجود در قشر مغز موش است ولی یک گام برای رسیدن به هدف، درون ذهن پژوهشگران بود: آنها پیگیری می‌کردند بدانند آیا ساختاری در الگوی کابل های مغزی وجود دارد که بتواند در مورد عملکرد آن، اطلاعات بدهد.
فرضیه ی مشهور فعلی اینکه در قشر بینایی یک نورون، اطلاعاتی را از چشم مثلا لبه ی یک چیز را در میدان بینایی یا نوع حرکت یا جهت گیری فضایی دریافت میکند. عصب بینایی این اطلاعات را به سلول های اختصاصی قشر مغز، ارسال میکند تا این اطلاعات را پردازش کند.
برای آزمودن فرضیه، گروه در ابتدا تعدادی از نورون ها در موش را به روش قدیمی و با قرار دادن رنگ فلورسانت کد شده به وسیله ی ژنها در درون سلول ها نقشه برداری کردند سپس با میکروسکوپ، آنها ارزیابی کردند چگونه سلول ها از کورتکس اولیه ی بینایی که اطلاعات را از چشم ها دریافت میکند به نقطه ی انتهایی خود در هر جایی از مغز توسعه پیدا میکند.
آنها فهمیدند آکسون نورون ها شاخه شاخه میشود و همزمان اطلاعات را به بخش های متعدد مغز، می فرستد. و.مدل نقشه برداری یک به یک، را واژگون و نابود میکند. بعد آنها پرسیدند آیا الگویی برای این زائده ها وجود دارد.
آنها از MAPseq استفاده کردند تا زائده ها را در 591 نورون- وقتی شاخه شاخه میشود و به اندام های مختلف عصبدهی میکند- ارزیابی کنند آنچه پژوهشگران دیدند اینکه توزیع آکسون ها ساختار بندی شده، بود برخی نورون ها همیشه آکسون ها را به مناطق A, B یا C می فرستادند ولی هرگز اطلاعات را به D یا E نمی‌فرستادند. این یافته ها پیشنهاد میدهد سیستم بینایی سطح پیچیده ای از ارتباط های متقاطع دارد و الگوی آن ارتباط ها پیچیده تر از الگوی نقشه برداری یک به یک است.
کبشولی می‌گوید: مناطق بینایی بالاتر فقط داده هایی را دریافت نمیکند که متناسب با آن است؛ برعکس آنها بسیاری اطلاعات مشابه را به اشتراک می گذارند تا محاسبه های آنها با هم در ارتباط باشند.
با این همه این حقیقت که برخی سلول ها به مناطق خاص مغز آکسون می فرستد یعنی در قشر بینایی سلول های اختصاصی وجود دارد که هنوز شناسایی نشده است. کبشولی ادامه میدهد این نقشه مانند یک اشاره ی خوب است که به پژوهشگران آینده کمک میکند بدانند این سلول ها چگونه کار میکند. MAPseq کمک میکند سخت افزار را بشناسیم، وقتی سخت افزار را شناختیم می توانیم بر نرم افزار بنگریم و ببینیم محاسبه ها چگونه رخ میدهد.
لبه ی رقابتی MAPseq در سرعت و قیمت برای چنین ارزیابی هایی، ارزشمند است. از دید زادور این تکنیک میتواند 100 هزار نورون را در یک تا دو هفته با قیمت فقط 10 هزار دلار ارزیابی کند که بسیار سریع تر از روش های قدیمی است و هزینه ای چند دهم آن دارد. چنین تکنولوژی هایی کمک میکند مسیرهای عصبی مغزهای متعدد، راحت تر شود.
مطالعات مسیرهای مغزی در اسکیزوفرنی و اوتیسم برای پژوهشگران بسیار خسته کننده و دشوار شده ست زیرا وسایل در دسترس، بین رابط ها را به خوبی ارزیابی نمیکند. هونگ کوی زنگ مدیر بخش علوم ساختاری در موسسه ی آلن در علوم اعصاب می‌گوید:
داده های ارتباطی به تو خواهد گفت به کجا نگاه کنی. نقشه برداری پیشگامانه ی کنونی به دانشمندان اجازه میدهد تعداد زیادی داده های نورولوژی را جمع آوری کنند و به الگوهایی نگاه کنند که اصول علمی را منعکس میکند و بیان میکند مغز چگونه کار میکند.
سریکانت چالاسانینوروبیولوژیست مولکولی در موسسه ی سالک می‌گوید: کاری که تونی میکند نگاه بدون خطا و شفاف بر مغز است. همانگونه که نقشه ی ژنتیکی، استانداردهایی را برای تست فرضیه های و الگوها و سکانس های ژنتیکی و عمل ژنها فراهم کرده است، الگو و نقشه ی نورونی هم میتواند برای هندسه ی مغز چنین کند. نقشه ی ریز ژنومی انسان نمی تواند همه ی اسرار موجود در بیولوژی را توضیح دهد ولی یک بخش زیست مولکولی را تشکیل داده است که سیلی از مطالعات دگرگون کننده را لیست میکند و می گشاید. به همین ترتیبMAPseq اطلاعاتی در مورد عملکرد و محل سلول ها میدهد تا بگوید کدام سلول ها با هم صحبت می‌کنند.. او هنوز کوشش میکند با دانشمندانی هماهنگ شود که بر قسمت های مختلف مغز مانند مدارهای عصبی که بر شرطی شدن ترس کار میکند-مطالعه و پژوهش دارند.
زادور می‌گوید: من تصور می‌کنم دیدگاه هایی از ارتباط ایجاد شود ولی دقیقا مانند خود ژنوم، جذاب به نظر نمی رسد. این چیزی است که آنها فراهم می‌کنند و دگرگون کننده خواهد بود. به همین علت من شگفت زده و متعجب هستم و من امیدوارم چارچوبی را برای نسل بعدی کارها در این زمینه، فراهم کند. https://www.quantamagazine.org/new-brain-maps-with-unmatched-detail-may-change-neuroscience-20180404?fbclid=IwAR0eQTy8odyKIsZQCQ_YU-0XzB_UuI7fveMV-Nywy2BwTcHzSZPFaeadd3I
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031
