إنشاء مخطط للربط القشري

مع القليل من الضوء ، وعدد قليل من المركبات الحساسة للصور وورقة متخصصة ، ولدت المخطط. وباعتباره النوع المفضل من الرسم التقني لأكثر من قرن ، استخدم المهندسون المعماريون هذه الأداة الحاسمة لاستنساخها السريع وكذلك قدرتها على الحصول على وثائق مفصلة. بالنسبة للعمال في موقع البناء ، كانت الوثيقة ضرورية بنفس القدر لأنها تحتوي على جميع معلومات التصميم الضرورية ، وأنواع محددة من المكونات المضمنة ، وخدمت كدليل مفصّل حول كيفية توافق كل شيء معًا. إذا كان هناك أي شك من أي وقت مضى ، في كثير من الأحيان استشارة سريعة مع أسئلة حل المشكلة والبناء المتوقفة المتقدمة إلى الأمام.

ولكن ما الذي يحدث عندما يكون لدى علماء الأعصاب أسئلة حول الدماغ والعلاقات المعقدة داخل؟ هل هناك شيء اسمه مخطط للدماغ؟ على الرغم من وجود مجموعة متزايدة من الأعمال التي تكشف كيف تعمل الخلايا العصبية في المخ ، لا يزال الباحثون يفتقرون إلى رسم تخطيطي شامل يشرح أسالتهم. ومن شأن تأسيس هذا أن يحسِّن بشكل كبير من فهمنا للدماغ ، ويكشف كيف أن الدوائر الفريدة للهياكل الفردية تمنحنا قدرات استثنائية مثل اللغة والإدراك الحسي والإدراك.

اتخذ الباحثون من معهد ماكس بلانك لعلوم الأعصاب (MPFI) ، وهم يتخذون الخطوة الأولى نحو تفعيل مخطط للدماغ ، تقنية جديدة قادرة على تتبع الارتباطات العصبية المعقدة مع حساسية غير مسبوقة. في منشور نشر مؤخرا في الطبيعة العصبيةوقد أظهر الباحثون في مختبر الدكتورة هيروكي تانيجوتشي كلا من خصوصية ونوعية الإنتاجية العالية التي لا نظير لها. من خلال الجمع بشكل مبتكر بين الأدوات الوراثية المتطورة والتقنية الراسخة للتتبع أحادي القطب ، قام مختبر تانيجوتشي بإنشاء أداة جديدة قوية تعرف باسم التتبع أحادي القطب المتداخل (iMT) ، قادرة على كشف الدوائر المتطورة داخل الدماغ.

يدرس مختبر تانيجوتشي ، وهو يدرس طبقة متخصصة من خلايا الدماغ تعرف باسم "interneurons" المثبطة ، النظر في كيفية تجميع هذه الخلايا المتنوعة في دوائر في مناطق مختلفة من القشرة الدماغية. عادة ، تعمل هذه الخلايا على صقل وتشكيل وموازنة معالجة المعلومات ، ولكن خلل وظيفيها متورط في أمراض مثل التوحد وانفصام الشخصية والصرع. إن توضيح كيفية عمل هذه الدوائر المثبطة ، سيؤدي إلى تبني أساليب جديدة لتشخيص وعلاج اضطرابات الدماغ. أحد الجوانب الصعبة التي تعيق توضيح الدوائر القشرية ، هو التنوع الهائل للخلايا العصبية في الدماغ.

يشرح الدكتور تانيجوتشي: "في حين أن التنوع الخلوي يجعل الدماغ فريدا من نوعه ، إلا أنه ينقل أيضًا صعوبة كبيرة في دراسة الدوائر الفردية. على سبيل المثال ، نأخذ على سبيل المثال الدائرة المثبطة النموذجية التي ندرسها في المختبر ؛ خلية عصبية رئيسية واحدة تنقل معلومات عبر مسافات طويلة من منطقة دماغية إلى أخرى ، وعدة عصبونات مثبطة متعددة تشكل روابط معها ، وللوهلة الأولى يبدو هذا النموذج بسيطا إلى حد ما ، ولكن في الواقع ، هناك العديد من الأنواع المتنوعة من الأوعية الداخلية الرئيسية والمثبطة ، ويُعتقد أن كل نوع من أنواع البكتريا الداخلية إجراء اتصالات محددة جدًا اعتمادًا على موقع العصبون الرئيسي ووظيفته وعمقه داخل القشرة. وبدون القدرة على إلقاء نظرة على الاتصالات المحددة التي تشكلها كل مجموعة فرعية من الخلايا العصبية المثبطة ، لا يمكن تشكيل صورة دقيقة للدائرة.

يقول الدكتور مايكل يتمان ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر تانيجوتشي والمؤلف الأول للورقة ، إنه يريد تقنية يمكن أن تخترق التنوع الخلوي للدماغ ، وتستهدف فقط أنواع فرعية محددة من العصبونات. "بهذه الطريقة ، يمكننا مقارنة وتباين الروابط لكل نوع فرعي فريد ودراسة أنواع الدوائر التي تشكلها" ، تشرح يتمان.

تم تطوير iMT مع هذا الهدف في الاعتبار ، والتغلب على قيود الأساليب المستخدمة سابقا لتتبع الاتصالات داخل الدماغ. تقنيات مثل التحفيز الكهربائي والتتبع أحادي القطب ، كانت إما غير فعالة للغاية أو تفتقر إلى الحساسية اللازمة لتتبع الروابط بدقة من العديد من أنواع الخلايا المختلفة الموجودة في الدماغ. يبني iMT على سابقه ، ولكن مع تطور مبتكر هو أمر حيوي لنقل حساسية هذه التقنية.

ويوضح يتمان قائلاً: "يستخدم التتبع أحادي القطب شكل معدل من فيروس داء الكلب الذي يفتقر إلى البروتين الضروري ، مما يقيد الفيروس إلى خلية مفردة ، ويمنع الإصابة بالخلايا الأخرى المحيطة به". "ولكن إذا تم التعبير عن البروتين مع الفيروس في الخلية المبدئية فقط ، فإن الفيروس لديه القدرة على القفز وإصابة الخلايا القريبة. لدراسة الخلايا العصبية داخل الدماغ ، يمكننا التعبير عن الفيروس والبروتين في خلية عصبية رئيسية ومشاهدة عندما يقفز الفيروس إلى الارتباطات المشبكية مع فقط المتبرعين المتصلين مباشرة ، فبمجرد وجود الفيروس ، يعلق الفيروس دون الحاجة إلى البروتين اللازم ويخبر العصبون أن يبدأ بالتعبير عن البروتين الفلوري ، وبفضل الفحص المجهري ، يمكننا رؤية الخلايا المرتبطة مباشرة القيد هو أننا لا نستطيع سوى تصور المتابع الداخلي المتصل ككل ، ونفقد الخصائص الفريدة للأنواع الفرعية الفردية. "

للتغلب على هذا القيد ، أضاف الفريق مكونًا جينيًا إضافيًا يستهدف بشكل محدد وموثوق به الأنواع الفرعية المفردة من interneurons. بمجرد أن يصل الفيروس إلى نوع فرعي من الخلايا يحتوي على هذا المكون ، يتم التعبير عن بروتين فلوري جديد ثاني. الآن العلماء لديهم القدرة على تصور الاتصالات interneuron ككل وكذلك اتصالات من الأنواع الفرعية interneuron محددة. وقد ثبت بالفعل iMT الرائدة ، تكشف الاختلافات الدرامية في تصميم الدوائر interneuron من الأنواع الفرعية المثبطة الرئيسية وكذلك تلك من النوع الفرعي نفسه الذي يشكل اتصالات مع الخلايا العصبية الرئيسية لمناطق الدماغ المختلفة.

"بالرغم من أن iMT هي فقط في المراحل الأولى من التطور ، إلا أنها تمتلك القدرة على توفير مخطط دائرى أكثر تفصيلاً للدورة يكون ضروريا لمكافحة اضطرابات الدماغ البارزة ،" يلاحظ يتمان. "في المستقبل نأمل في تعزيز التقنية لتشمل القدرة على دراسة الاتصالات الوظيفية ، وليس فقط المادية ، من الدوائر العصبية."

تقتربنا iMT وعلماء الأعصاب في MPFI من تحقيق مخطط خرساني ملموس.