مطالعه روش جدیدی را برای بررسی روابط بین نوع و عملکرد نورون ایجاد می کند

محققان در Cedars-Sinai مدل‌های کامپیوتری ایجاد کرده‌اند تا شکاف بین داده‌های «لوله آزمایش» در مورد نورون‌ها و عملکرد آن سلول‌ها در مغز زنده را پر کنند. مطالعه آنها در مجله معتبر منتشر شده است ارتباطات طبیعت، می تواند به توسعه درمان هایی برای بیماری ها و اختلالات عصبی که انواع خاصی از نورون ها را بر اساس نقش آنها هدف قرار می دهند، کمک کند.

این کار به ما این امکان را می دهد که به مغز مانند ماشین پیچیده ای که هست نگاه کنیم، نه به عنوان یک تکه بافت همگن. زمانی که بتوانیم بین انواع مختلف سلول تمایز قائل شویم، به جای اینکه بگوییم کل مغز یک بیماری دارد، می‌توانیم بپرسیم کدام نوع نورون تحت تأثیر این بیماری قرار می‌گیرد و درمان‌هایی را برای آن نورون‌ها انجام دهیم.»

کاستاس آناستاسیو، دکترا، دانشمند پژوهشی در بخش های مغز و اعصاب، جراحی مغز و اعصاب و علوم زیست پزشکی در Cedars-Sinai و نویسنده ارشد این مطالعه

نورون ها واحدهای عملکردی اصلی مغز هستند. سیگنال هایی که از این سلول ها عبور می کنند – به شکل امواج الکتریکی – همه فکر، احساس، حرکت، حافظه و احساسات را به وجود می آورند.

این مطالعه از داده‌های موش‌های آزمایشگاهی برای ایجاد روشی جدید برای بررسی روابط بین نوع و عملکرد نورون استفاده کرد و بر روی قشر بینایی اولیه موش متمرکز شد که اطلاعات بصری را دریافت و پردازش می‌کند. این یکی از بهترین بخش‌های مغز است که هم در شرایط آزمایشگاهی، جایی که بافت در یک ظرف یا لوله آزمایش خارج از ارگانیسم زنده مطالعه می‌شود، و هم در داخل بدن، جایی که در حیوان زنده مطالعه می‌شود.

هدف محققان این بود که این دو جهان را به هم پیوند دهند.

آناستاسیو می‌گوید: «بر اساس مطالعات آزمایشگاهی در مورد ساختار ژنتیکی و ساختار فیزیکی، ما چیزهایی در مورد ظاهر کلاس‌های مختلف نورون‌ها می‌دانیم، اما عملکرد آنها در مغز زنده را نمی‌دانیم. وقتی فعالیت سلول‌های مغز را در داخل بدن ثبت می‌کنیم، می‌توانیم ببینیم که نورون‌ها به چه چیزی پاسخ می‌دهند و عملکردشان چیست، اما نه اینکه کدام دسته از نورون‌ها هستند.»

برای پیوند فرم به عملکرد، محققان ابتدا از اطلاعات آزمایشگاهی برای ایجاد مدل‌های محاسباتی انواع مختلف نورون‌ها و شبیه‌سازی الگوهای سیگنال‌دهی آنها استفاده کردند.

آنها در مرحله بعد از جدیدترین فناوری ثبت تک نورون برای مشاهده فعالیت در مغز موش های آزمایشگاهی استفاده کردند در حالی که موش ها در معرض انواع مختلف محرک های بینایی قرار داشتند. بر اساس شکل سیگنال‌ها یا “میخ‌های” نورون‌ها در پاسخ به ورودی بصری، محققان سلول‌هایی را که ثبت کردند به شش گروه تقسیم کردند.

آناستاسیو گفت: زمانی که مدل‌ها و داده‌های in vivo خود را داشتیم، سؤال اساسی این بود که کدام مدل‌های محاسباتی شبیه‌ترین شکل سیگنال و شکل موج را با هر یک از شش خوشه in vivo که ما شناسایی کردیم، تولید می‌کنند و بالعکس. همه خوشه‌ها و مدل‌های in vivo کاملاً مطابقت نداشتند، اما برخی از آنها مطابقت داشتند.

ممکن است برای مطابقت با تمام مدل‌های محاسباتی و خوشه‌های سلولی، به داده‌های بیشتر و احتمالاً آزمایش‌هایی که شامل محرک‌های بصری پیچیده‌تر باشد، نیاز باشد، و Anastassiou گفت که مطالعات آینده به تکمیل روش ایجاد شده در مقاله فعلی اختصاص داده خواهد شد.

آناستاسیو گفت: «اطلاعات زیادی در مورد هویت انواع سلولی در مغز انسان وجود دارد، اما نه در مورد نقش آن انواع سلول در عملکرد شناختی یا اینکه چگونه تحت تأثیر بیماری قرار می گیرند. “اکنون پنجره ای وجود دارد که می توانیم از طریق آن به این موارد نگاه کنیم و این سؤالات را بپرسیم. واضح است که راه زیادی در پیش داریم، اما در مورد مراحل بعدی این سفر هیجان زده هستیم.”

هدف نهایی هموار کردن راه برای کشفیاتی است که زندگی بیماران را تغییر می دهد.

کیت ال. بلک، MD، رئیس بخش جراحی مغز و اعصاب و صندلی روث و لارنس هاروی در علوم اعصاب در Cedars گفت: “دانشمندان پژوهشی ما به طور مداوم در تلاش هستند تا دانش خود را در مورد عملکرد مغز انسان در دقیق ترین سطح گسترش دهند.” -سینایی مشخص کردن نوع خاص و عملکرد هر نورون ممکن است روزی به کشف درمان‌های نجات بخش برای بیماری‌های مغزی و اختلالات عصبی منجر شود.»