insan beyin hücrelerinin ilk atlası

Beyin, neredeyse yüz milyar nörondan ve aynı sayıda nöron dışı hücreden (diğerlerinin yanı sıra astrositler ve oligodendrositler) oluşan karmaşık ağ, yüzyıllar boyunca bilim camiasını büyüledi ve onlara meydan okudu.

Sinir devrelerinin bir parfüm kokusuyla heyecanlanmamıza, empati kurmamıza veya yaratıcılık veya etik karar verme gibi karmaşık davranışlar sergilememize nasıl olanak tanıdığını anlamak için öncelikle farklı beyin hücresi türlerinin yapısını, işlevini ve aralarındaki ilişkiyi anlamamız gerekir. .

Elbette tahmin edebileceğiniz gibi milyarlarca beyin hücresini tanımlamak bilimsel ve teknolojik bir zorluktur; özellikle her hücre tipini karakterize etmek istiyorsak bu daha da zordur. Bu muazzam çaba kısa süre önce başarıyla gerçekleştirildi.

Sonunda beyin hücrelerinin sayımı

Böylesine iddialı bir projeyi gerçeğe dönüştürmek amacıyla 2017 yılında BICCN adı verilen beyin hücresi sayımı araştırma ağı oluşturuldu. Bu ağ, çeşitli disiplinlerden otuzdan fazla laboratuvarı içermektedir. Amacı, insanlarda, insan dışı primatlarda ve farelerde her tür beyin hücresinin tanımlanması, karakterize edilmesi ve haritalandırılmasıdır.

BICCN çalışmaları, bugüne kadar yalnızca hayvan modellerine uygulanan en ileri teknolojilerin kullanımı sayesinde ilk meyvelerini verdi: İnsan beyninin hem yetişkinlik hem de gelişim aşamasındaki ayrıntılı hücresel bileşimini ortaya çıkardı. Bulgular, çoğunlukla prestijli dergilerde yayınlanan yirmi dört bilimsel makaleden oluşan bir dizide ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bilim Ve Bilim ilerlemeleri.

Ve bunu üç farklı çalışma düzeyinde yaptılar: Transkripsiyonel, genlerin ifadesi yoluyla hücrelerin işlevini bize anlatıyor; bu genlerin yaş ve çevresel faktörler tarafından nasıl etkinleştirildiğini veya devre dışı bırakıldığını ortaya koyan epigenetik; ve örneğin nöronların diğer nöronları uyarmasına veya inhibe etmesine atıfta bulunan fonksiyonel seviye.

Bu sonuçların entegrasyonu, beklendiği gibi beyin bölgeleri arasındaki çeşitliliğin yanı sıra her kişinin beyni arasında da farklılıklar olduğunu gösteriyor. Yani insan beyninin tek bir prototipi yoktur; hem sağlıklı bireylerde hem de farklı hastalık durumlarında geniş bir genetik aralık ve çevreye verilen tepki vardır.

İki atlas ve iki karşılaştırmalı analiz

Bireysel hücrelerin analizi düzeyindeki muazzam ve karmaşık araştırmalar çok ilginç sonuçlar sağlamıştır. İlk olarak, iki atlas üretildi: biri yetişkin insan beynindeki tek tek hücrelerden, diğeri yetişkin insan olmayan primatlardan (makak ve marmosetler) tek tek hücrelerden.

Benzer şekilde, biri insan ve insan olmayan primat beyinleri arasındaki tek tek hücrelerle, diğeri ise hem insanlarda hem de insan dışı primatlarda beyin gelişimi sırasında tek tek hücreler arasında olmak üzere iki karşılaştırmalı analiz sunulmuştur.

Son olarak insan nöron hücre tiplerinin fonksiyonu ve dağılımı ile bunların farelerinkiyle karşılaştırılması analiz edildi ve modellendi. Benim ülkemde dedikleri gibi: “Neredeyse hiçbir şey.”

Üç milyondan fazla hücrenin ayrıntılı açıklaması

En önemli sonuçlar arasında, yetişkin insan beyninin neredeyse yüz farklı bölgesinden üç milyondan fazla bireysel beyin hücresinin (iki milyondan fazla nöron dahil) ayrıntılı açıklaması yer alıyor.

Bulgular beynin hiç de homojen olmadığını gösteriyor. Tüm beyin hücreleri aynı DNA’yı paylaşsa da her biri farklı genleri farklı miktarlarda kullanır. Bu kesinlikle şaşırtıcı düzeyde hücresel çeşitlilik ve uzmanlaşmaya yol açıyor. Her beyin alanı, farklı işlevsel durumlarda belirli bir dizi hücre tipini içerir. Beynin nasıl çalıştığını anlamamıza yardımcı olmasının yanı sıra bunları bilmek, beyin tümörleri, epilepsi veya multipl skleroz gibi beyindeki değişimleri kişiden kişiye bağlı olarak farklı olabilen hastalıklarla ilgili olarak klinik açıdan büyük fayda sağlayacaktır. bir kaç.

İlginç bir şekilde, en benzersiz nöronlar, etrafımızdaki görsel dünyayı nasıl yorumladığımız ve algıladığımızla ilgili büyüleyici keşiflerin merkez üssü haline gelen birincil görsel kortekste (V1) bulunur. Beynin bu bölgesi yalnızca bir görüntü işlemcisi değil, aynı zamanda görsel deneyimimizin zengin dokusunu oluşturan, şekilleri, renkleri ve hareketleri şaşırtıcı bir hassasiyetle ayırt etmemizi sağlayan etkileyici bir hücre mozaiğidir.

Bu çalışma, hücresel yapıdaki değişikliklerin bilgiyi işleme ve çeşitli bilişsel işlevleri gerçekleştirme yeteneğimizi nasıl etkileyebileceğini anlamanın temelini atıyor.

Yakın akrabalarımızdan küçük ama önemli farklılıklar

Dahası, başka araştırmalar da insan beyin hücrelerini en yakın akrabalarımız şempanzeler ve gorillerin beyin hücreleriyle karşılaştırdığımızda ortaya çıkan sürprizleri ortaya çıkarıyor. Onlarla temel bir beyin hücresel yapısını paylaşmamıza rağmen, nöronlarımız beyindeki devrelere bağlanmak ve devreleri oluşturmak için farklı genler kullanır. Bu ayrıntı, sinir bağlantılarındaki küçük değişikliklerin, karmaşık akıl yürütme ve gelişmiş dillerin yaratılması gibi bilişsel yeteneklerimizi evrimsel olarak artırabileceğini gösteriyor.

Bu sonuçlara ek olarak ekip, şempanzeler ve insanların daha yakın bir atayı paylaşmasına rağmen şempanzeler ve goriller arasında ilginç bir sinirsel benzerliği ortaya çıkardı. Bu, bizi insan yapan beyin biyolojisinin olağanüstü doğasını vurguluyor; aletlerin icadı, görkemli senfonilerin bestelenmesi ve şiirdeki hassas duyarlılığın algılanması gibi bir dizi olasılığı ortaya çıkarıyor.

Otizm gibi gelişimsel bozukluklardaki etkiler

Doğum öncesi aşamamızda ortaya çıkan ve doğumdan sonra uzun yıllar devam eden insan serebral korteksinin gelişimine ilişkin çalışmayla ilgili olarak, 106 donörden alınan 169 doku örneğinden 700.000’den fazla hücre dikkatle analiz edildi.

Böylece, elektrik sinyallerinin yayılmasından sorumlu nöronlar, bunları düzenleyenler, nöronal ortamın “bekçileri” olan glial hücreler ve beyindeki çeşitli hücrelerin beyinde nasıl gelişip farklılaştığını belirlemek mümkün oldu. Beynimizin kan damarlarını oluşturan bu damarların hepsi, beyin makinelerimizin görkemli yapbozunun temel parçalarıdır.

Bu bulguların otizm gibi gelişimsel bozukluklar üzerindeki etkileriyle ilgili olarak, bu çalışma bize, hücresel gelişimin bu karmaşık dansındaki küçük değişikliklerin, sosyal ve iletişimsel etkileşimi derinden etkileyen koşullara nasıl yol açabileceğine dair bir bakış açısı sunuyor. Örneğin, nöronların ve glial hücrelerin nasıl geliştiğini ve birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu daha iyi anlayarak, bazı insanlarda bu sürecin neden farklılık gösterdiğinin ve bunun, bizim çevreyi algılama ve onunla etkileşim kurma şeklimizi nasıl etkileyebileceğine dair gizemleri çözmeye başlayabiliriz. dünya.

Sanki bu yeterli değilmiş gibi, çalışma otizmle ilgili olarak kızlar ve erkekler arasındaki gen ifadesindeki ince ama önemli farklılıkları aydınlatıyor ve bu bozukluğun neden cinsiyetler arasında farklı görülme ve tezahür oranları gösterdiğini incelemek için bir prizma sağlıyor.

Yayınlanan sonuçların her birinin muazzam değeri ne olursa olsun, burada gösterilen disiplinler arası çaba, bizi insan yapan beynin gelişimini ve işleyişini bilmek yönündeki ortak hedefe doğru ilerlememizi sağlıyor. Nörolojik hastalıkların kökenine ilişkin yeni bir araştırma çağının kapılarını açmanın yanı sıra.