Fare beynindeki en büyük tek nöronlu projetomun yeniden yapılandırılması

Nature Neuroscience’da yayınlanan bir çalışmada , Çin Bilimler Akademisi’nin Beyin Bilimi ve Zeka Teknolojisinde (CEBSIT) Mükemmeliyet Merkezi’ndeki bilim adamları ve işbirlikçileri, 6.000’den fazla tek nöron içeren bir tam beyin projesinin ilk sürümünü bildirdiler. fare prefrontal korteksinde (PFC), bugüne kadarki tüm beyin, tek nöronlu fare projeksiyonunun en büyük veritabanı haline geldi.

Bilim adamları, fare PFC’sinde 64 projetom tanımlı nöron alt tipi ve bunların uzamsal organizasyonu, PFC içi bağlantının modülerliği ve hiyerarşisi ve transkriptom tanımlı ve projetom tanımlı nöron alt tipleri arasındaki yazışmaları belirlediler.

Serebral kortekste farklı beyin bölgeleri arasındaki bilgi akışı , nöronların uzun menzilli aksonal projeksiyonlarına dayanır. Farklı projeksiyon paternlerine sahip nöronlar genellikle farklı beyin işlevlerinde yer alır.

Bu nedenle, bireysel nöronların projeksiyon modellerini incelemek, beyindeki organizasyonu ve bilgi işlemeyi anlamak için çok önemlidir. Tüm beyin projesini tek nöron seviyesinde yeniden yapılandırmak, yeni nöron alt tiplerini tanımlayabilir ve beyin ağının kablolama kurallarını ortaya çıkarabilir, böylece beynin nasıl çalıştığına dair daha sistematik bir anlayışa izin verebilir.

Şu anda, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları, tüm beyin projesini tek nöron düzeyinde incelemek için yoğun bir şekilde çalışıyorlar.

Beyinde, PFC, karar verme, çalışma belleği ve dikkat dahil olmak üzere üst düzey bilişsel işlevin merkezidir. PFC’nin anormalliği ve arızalanması birçok nöropsikiyatrik hastalığa neden olabilir. PFC’nin aksonal projeksiyonları, korteks, striatum, talamus, orta beyin ve arka beyin dahil olmak üzere neredeyse tüm beyin alanlarını kapsar. Tek hücre düzeyinde PFC’deki nöronların aksonal projeksiyon kalıpları hala belirsizdir ve PFC içindeki bağlantı ağının modüler organizasyonu ortaya çıkarılmayı beklemektedir.

Memeli beyinlerinde tüm beyin projesini tek hücre çözünürlüğünde yeniden yapılandırmak göz korkutucu bir iştir ve büyük ölçekli, TB boyutlu, ışık mikroskobik görüntüleme verilerini 3D kullanarak tek nöronların tek tek sürekli izlenmesini gerektirir. Tüm izleme süreci emek yoğun, son derece karmaşık ve zaman alıcıdır.

Bu sorunu çözmek için, Dr. Yan Jun’un laboratuvarında araştırmacı olan Dr. Gou Lingfeng, Fast Neurite Tracer (FNT) yazılım paketini geliştirdi. Yüksek verimli , tek nöronlu projetom rekonstrüksiyonu ve TB boyutunda, ışık mikroskobik görüntüleme verilerinin analizini sağlayarak tek nöronlu projeksiyonun büyük ölçekli çalışmasını kolaylaştırdı .

Dr. Xu Ning-long’un CEBSIT’teki laboratuvarı, Dr. GONG Hui’nin Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ndeki laboratuvarı ve CEBSIT’teki birçok laboratuvarla işbirliği yapan araştırmacılar, optik görüntüleme verilerinden toplam 6.357 tekli PFC nöronunun tam akson morfolojisini yeniden yapılandırdılar. 161 fare beyni ve farklı nöronların akson morfolojisinin benzerliğini ölçtükten sonra 64 projetom tanımlı alt tip tanımladı.

Araştırmacılar daha sonra bu nöron alt tiplerinin farklı prefrontal alt bölgelerde ve kortikal katmanlarda uzaysal dağılımını haritaladılar. PFC içi bağlantı ağını analiz ettiler ve PFC içindeki modüler ve hiyerarşik yapıyı ortaya çıkaran yüksek çözünürlüklü bir PFC içi ağ oluşturdular.

Araştırmacılar ayrıca transkriptome tanımlı ve projetom tanımlı nöron alt tipleri arasında karşılaştırmalı analiz yaptılar. Retrograd izleme ve tek moleküllü floresan in situ hibridizasyon kullanarak, transkriptome tanımlı her bir alt tipin, çoklu projetom tanımlı alt tiplere karşılık geldiğini buldular.

Çalışma, FNT yazılımının TB boyutlu görüntü verilerinde tek nöronlu izleme için verimli olduğunu gösterdi. Ayrıca, fare PFC’sinin tek nöronlu projeksiyonunu yeniden yapılandırdı ve PFC’nin dahili bağlanabilirliğini ve efferent projeksiyon modellerini inceleyerek çalışan bir PFC modelini gösterdi, böylece yüksek seviyeli PFC bilişsel işlevlerinin sinir mekanizmaları için yapısal bir temel sağladı. Bu yollarla, çalışma, model organizmalarda tüm beyin mezoskopik konektomları üzerine gelecekteki araştırmaların temelini oluşturmaktadır.

Yorum Yaz

AllEscort
%d blogcu bunu beğendi: