قام العلماء أولاً بتجميع نموذج ثلاثي الأبعاد لدماغ ذبابة الفاكهة

ذبابة سوداء ذات بطن أسود (المصدر: geo.ru) ظل العلماء

يدرسون الجهاز العصبي للإنسان والحيوان منذ مئات السنين. بالطبع ، خلال هذا الوقت ، بدأ الشخص في فهم أفضل لمبدأ تشغيل الخلايا العصبية الفردية والنظام بأكمله الذي تتكون منه. ولكن إلى الفهم الكامل لا يزال بعيدا.

أجريت الدراسة على مبدأ "من البسيط إلى المعقد": إذا لم يكن من الممكن أن نفهم على الفور كيف يعمل دماغ الإنسان ، على سبيل المثال ، فإن المتخصصين يدرسون دماغ المخلوقات الأبسط. اختار علماء من جامعة توكاي دماغ ذبابة الفاكهة ككائن للدراسة.

دماغ حشرة صغيرة مثل ذبابة الفاكهة هو نظام معقد للغاية. لبناء نموذج ثلاثي الأبعاد لهذا العضو ، استغرق العلماء وقتًا طويلاً. يعمل الخبراء الآن مع عدد من التقنيات التي تسمح بدراسة بنية الدماغ دون أي مشاكل. على سبيل المثال ، يستخدم العلماء مواد الفلورسنت التي تبرز الخلايا العصبية الفردية. يساعد الميكروسكوب الإلكتروني أيضًا في دراسة الدماغ ، ويظهر هيكله على المستوى العصبي.

بعد "تعيين" الخلايا العصبية الفردية ، يتم تحليل الصور الناتجة لتكوين نظام واحد. إن تحديد الروابط بين الخلايا العصبية وتجميع نموذج الدماغ هو الهدف النهائي لمثل هذا العمل. كل هذا ضروري لفهم كيف يرتبط كل شيء بكل شيء ، وكيف يعمل كل شيء.



يظهر نموذج حاسوب ثلاثي الأبعاد للدماغ العديد من الاتصالات العصبية. طور فريق من العلماء من جامعة توكاي ، بقيادة ريوتا ميزوتناني ، طريقة جديدة لتجميع خريطة حجمية للدماغ. لهذا ، يتم استخدام مادة خاصة ، والتي ترتبط جزيئاتها الفردية بالخلايا العصبية في الدماغ. بعد ذلك ، ينشئ العلماء "خريطة هيكلية" للجزيئات عن طريق تشعيع الدماغ بالأشعة السينية. وباستخدام طريقتهم ، تمكن العلماء من تجميع خريطة حجمية مفصلة لشبكة الخلايا العصبية في دماغ الحشرات.

في الكيمياء الحيوية ، يتم استخدام طريقة خاصة لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للمواد العضوية المعقدة. يتم استخدام الأشعة السينية لإنشاء "خريطة هيكلية" لجزيء مركب. إذا أمكن ، يتبلور المركب الذي يهم المتخصصين. ثم يتم استخدام علم البلورات بالأشعة السينية (تحليل حيود الأشعة السينية). هذا هو استخدام الأشعة السينية للكشف عن التركيب الجزيئي للبلورة. تعتمد الطريقة على ظاهرة حيود الأشعة السينية - تشتت شعاع الأشعة السينية بواسطة التركيب الذري للبلورة.

هذه الطريقة ليست سيئة ، ولكن إذا كانت بنية المادة معقدة للغاية ، فإن الأمر يستغرق الكثير من الوقت لتجميع نموذج ثلاثي الأبعاد لجزيء المادة. في العقدين الأخيرين ، ساعد العلماء أجهزة الكمبيوتر التي تحلل البيانات التي تم الحصول عليها أثناء دراسة مادة ما. تساعد أنظمة الكمبيوتر في تقييم موضع الذرة في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، ثم دراسة العلاقة مع ذرة أخرى ، ثم ذرة أخرى ، وهكذا. يقوم البرنامج تدريجياً ببناء نموذج للمادة المدروسة.

قرر Mizutani استخدام هذه الطريقة والبرمجيات لتحديد موقع وشكل الخلايا العصبية في الدماغ ذبابة الفاكهة. هناك صعوبات معينة هنا ، أحدها أن الخلايا العصبية ليست ذرات على الإطلاق. هذه أشياء معقدة يمكنها التسويق ذات الصلة ببعضها البعض بأكثر طريقة غير معتادة.

لبناء خريطة للدماغ ، استخدم العلماء طريقة تسمى التصوير المقطعي بالأشعة السينية. هذه طريقة لدراسة طبقة تلو الأخرى لهيكل الأجسام غير المتجانسة في إشعاع الأشعة السينية ، بناءً على اعتماد معامل الامتصاص الخطي في نطاق الأشعة السينية على تكوين وكثافة المادة. قام العلماء بتلقيح دماغ ذبابة الفاكهة بطلاء فضي ، ثم استنارة أشعة إكس. ساعد نظام خاص في تقييم انحراف الأشعة السينية. وهذا بدوره جعل من الممكن إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد لجزيئات الصبغة التي تمتصها الخلايا العصبية.

بعد ذلك ، انتقل العلماء إلى المرحلة التالية من العمل ، باستخدام هذه البيانات لتقييم موقع وشكل الخلايا العصبية في الدماغ. في عملية إنشاء خريطة دماغ ذبابة الفاكهة ، تم استخدام برنامج خاص. جعل من الممكن التحقق من أن النظام لا يعتبر اثنين من الخلايا العصبية المجاورة واحدة ، على سبيل المثال. قام البرنامج بتجميع خريطة دماغ الذبابة تدريجيًا ، بحثًا عن بيانات غير طبيعية والتحقق من الأخطاء. تم فحص نتيجة البرنامج من قبل العامل البشري. إذا كان هناك شيء خاطئ ، قام الشخص بتصحيح المشكلة. يظهر النموذج

النهائي100.000 عصبون. تتبع النظام 15000 رابط بينهما. واستغرق بناء الخريطة ، بحسب العلماء ، حوالي 1700 ساعة عمل. لكن النتيجة كانت تستحق كل هذا الجهد والوقت. النموذج ثلاثي الأبعاد لدماغ ذبابة الفاكهة هو الأول في العالم. بمساعدتها ، كان من الممكن تحديد التكوينات المعروفة بالفعل في دماغ الحشرة ، وكذلك اكتشاف الهياكل التي لا يعرف العلماء عنها أي شيء.

إن عمل اليابانيين مهم للغاية لمزيد من الدراسة للجهاز العصبي للحيوانات والبشر. بمرور الوقت ، يأمل العلماء في إنشاء خريطة دماغ لكائنات أكثر تعقيدًا.

ذبابة الفاكهة ، بسبب عدد من ميزاتها ، هي كائن شائع للدراسة. وقبل عام ، قام فريق من العلماء قدم معهد هوارد هيوز الطبي في الولايات المتحدة مقطع فيديو مثير للاهتمام ، يظهر بوضوح النشاط العصبي ليرقات ذبابة الفاكهة في ذبابة الفاكهة.



درس العلماء الجهاز العصبي لليرقة أثناء التحرك للأمام والخلف. يُظهر الفيديو نقل الإشارات من الجزء العلوي من اليرقة إلى الأسفل والعكس. وفقا للخبراء ، هذا النموذج مفصل للغاية. تم إنشاؤه بفضل استخدام طرق جديدة لتسجيل النشاط العصبي للجسم.



من أجل جعل كل هذا ممكنًا ، قام فيليب كيلر ( فيليب كيلر ) وميشا أهرينس ( ميشا أهرينس ) بتعديل ذبابة الفاكهة وراثيًا. كان التعديل هو جعل كل عصبون من الجهاز العصبي لهذا الكائن يتألق عند استقبال أو إرسال إشارة. عند التحرك ، تم استخدام نظام بصري ، مما سمح بإزالة يرقة الذباب في وقت واحد من الجانبين.

العمل العلمي «شبكة ثلاثية الأبعاد من ذبابة الفاكهة المخ نصف الكرة» تم نشر 8 سبتمبر 2016 (دوى: 10.1016 / j.jsb.2013.08.012).

Source: https://habr.com/ru/post/ar397693/