वैज्ञानिकों ने सबसे पहले ड्रोसोफिला मस्तिष्क के एक 3 डी मॉडल को संकलित किया

ब्लैक-बेलिड ड्रोसोफिला (स्रोत: geo.ru) वैज्ञानिक

सैकड़ों वर्षों से मनुष्यों और जानवरों के तंत्रिका तंत्र का अध्ययन कर रहे हैं। बेशक, इस समय के दौरान, एक व्यक्ति ने व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं के संचालन के सिद्धांत और उस पूरी प्रणाली को बेहतर ढंग से समझना शुरू किया, जिसमें यह शामिल है। लेकिन एक पूरी समझ अभी भी दूर है।

अध्ययन "सरल से जटिल" के सिद्धांत पर आयोजित किया जाता है: यदि यह तुरंत समझना संभव नहीं है कि मानव मस्तिष्क कैसे काम करता है, उदाहरण के लिए, तो विशेषज्ञ सरल प्राणियों के मस्तिष्क का अध्ययन कर रहे हैं। टोकई विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने अध्ययन के लिए ड्रोसोफिला मस्तिष्क को एक वस्तु के रूप में चुना है ।

ड्रोसोफिला के रूप में भी इस तरह के एक छोटे कीड़े का मस्तिष्क एक बहुत ही जटिल प्रणाली है। इस अंग का त्रि-आयामी मॉडल बनाने के लिए, वैज्ञानिकों को एक लंबा समय लगा। अब विशेषज्ञ कई तकनीकों के साथ काम कर रहे हैं जो बिना किसी समस्या के मस्तिष्क की संरचना का अध्ययन करने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिक फ्लोरोसेंट पदार्थों का उपयोग करते हैं जो व्यक्तिगत न्यूरॉन्स को उजागर करते हैं। एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप मस्तिष्क के अध्ययन में भी मदद करता है, इसकी संरचना एक तंत्रिका स्तर पर दिखाई देती है।

व्यक्तिगत न्यूरॉन्स "मैप" किए जाने के बाद, परिणामी छवियों का विश्लेषण किसी एक प्रणाली की रचना के लिए किया जाता है। न्यूरॉन्स और एक मस्तिष्क मॉडल के संकलन के बीच कनेक्शन की मैपिंग इस तरह के काम का अंतिम लक्ष्य है। यह समझने के लिए यह सब आवश्यक है कि सब कुछ सब कुछ के साथ कैसे जुड़ा हुआ है, और यह सब कैसे काम करता है।



मस्तिष्क का एक 3 डी कंप्यूटर मॉडल कई तंत्रिका कनेक्शन दिखाता है। रुटा मिज़ुटनानी के नेतृत्व में टोकई विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने मस्तिष्क के एक वॉल्यूमेट्रिक मानचित्र को संकलित करने के लिए एक नई विधि विकसित की है। इसके लिए, एक विशेष पदार्थ का उपयोग किया जाता है, जिसके व्यक्तिगत अणु मस्तिष्क के न्यूरॉन्स से जुड़े होते हैं। इसके बाद, वैज्ञानिक एक्स-रे के साथ मस्तिष्क को विकिरण करके अणुओं का "कंकाल नक्शा" बनाते हैं। अपनी पद्धति का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिक कीट मस्तिष्क के न्यूरॉन्स के नेटवर्क के विस्तृत वॉल्यूमेट्रिक मानचित्र को संकलित करने में सक्षम थे।

जैव रसायन में, जटिल कार्बनिक पदार्थों के 3 डी मॉडल बनाने के लिए एक विशेष विधि का उपयोग किया जाता है। एक्स-रे का उपयोग यौगिक अणु के "कंकाल नक्शा" बनाने के लिए किया जाता है। यदि संभव हो तो, विशेषज्ञों की रुचि का यौगिक क्रिस्टलीकृत होता है। और फिर एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी (एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण) का उपयोग किया जाता है। यह एक क्रिस्टल की आणविक संरचना को प्रकट करने के लिए एक्स-रे का उपयोग है। विधि एक्स-रे विवर्तन की घटना पर आधारित है - क्रिस्टल की परमाणु संरचना द्वारा एक एक्स-रे बीम के बिखरने।

यह विधि खराब नहीं है, लेकिन यदि पदार्थ की संरचना बहुत जटिल है, तो पदार्थ के अणु के 3 डी मॉडल को संकलित करने में बहुत समय लगता है। पिछले कुछ दशकों में, वैज्ञानिकों को कंप्यूटर द्वारा मदद की गई है जो किसी पदार्थ के अध्ययन के दौरान प्राप्त आंकड़ों का विश्लेषण करते हैं। कंप्यूटर सिस्टम तीन-आयामी अंतरिक्ष में एक परमाणु की स्थिति का मूल्यांकन करने में मदद करते हैं, फिर दूसरे परमाणु के साथ संबंध का अध्ययन करते हैं, फिर एक और, और इसी तरह। सॉफ्टवेयर धीरे-धीरे अध्ययन किए गए पदार्थ के एक मॉडल का निर्माण कर रहा है।

मिज़ुटानी ने ड्रोसोफिला मस्तिष्क के न्यूरॉन्स के स्थान और आकार को निर्धारित करने के लिए इस पद्धति और सॉफ़्टवेयर का उपयोग करने का निर्णय लिया। यहां कुछ कठिनाइयां हैं, जिनमें से एक यह है कि न्यूरॉन्स बिल्कुल भी परमाणु नहीं हैं। ये जटिल वस्तुएं हैं जो सबसे असामान्य तरीके से एक दूसरे से संबंधित विपणन कर सकते हैं।

मस्तिष्क के मानचित्र का निर्माण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक्स-रे टोमोग्राफी नामक एक विधि का उपयोग किया। यह पदार्थ की संरचना और घनत्व पर एक्स-रे रेंज में रैखिक अवशोषण गुणांक की निर्भरता के आधार पर एक्स-रे विकिरण में अमानवीय वस्तुओं की संरचना के परत-दर-परत अध्ययन का एक तरीका है। वैज्ञानिकों ने फल के मस्तिष्क को चांदी के पेंट से उकेरा, और फिर एक्स-रे विकिरण के साथ प्रबुद्ध किया। एक विशेष प्रणाली ने एक्स-रे के विक्षेपण का मूल्यांकन करने में मदद की। और यह, बदले में, न्यूरॉन्स द्वारा अवशोषित डाई अणुओं का तीन आयामी नक्शा बनाना संभव बनाता है।

उसके बाद, वैज्ञानिकों ने मस्तिष्क न्यूरॉन्स के स्थान और आकार का आकलन करने के लिए इस डेटा का उपयोग करते हुए, काम के अगले चरण में आगे बढ़े। ड्रोसोफिला मस्तिष्क मानचित्र बनाने की प्रक्रिया में, विशेष सॉफ्टवेयर का उपयोग किया गया था। यह सत्यापित करना संभव बनाता है कि सिस्टम उदाहरण के लिए दो आसन्न न्यूरॉन्स को एक के रूप में नहीं मानता है। सॉफ्टवेयर ने धीरे-धीरे मक्खी के मस्तिष्क के नक्शे को संकलित किया, असामान्य डेटा की तलाश की और त्रुटियों के लिए जाँच की। सॉफ्टवेयर का परिणाम मानव ऑपरेटर द्वारा जाँच किया गया था। अगर कुछ गलत था, तो व्यक्ति ने समस्या को ठीक किया।

अंतिम मॉडल दिखाता है100,000 न्यूरॉन्स। सिस्टम ने उनके बीच 15,000 लिंक ट्रैक किए। वैज्ञानिकों के अनुसार मानचित्र के निर्माण में लगभग 1,700 मानव-घंटे लगे। लेकिन परिणाम सभी प्रयास और समय के लायक था। ड्रोसोफिला मस्तिष्क का 3 डी मॉडल दुनिया में पहला है। इसकी मदद से, कीट के मस्तिष्क में पहले से ही ज्ञात संरचनाओं की पहचान करना संभव था, साथ ही उन संरचनाओं की खोज करना जिनके बारे में वैज्ञानिकों को कुछ भी पता नहीं था।

जानवरों और मनुष्यों के तंत्रिका तंत्र के आगे के अध्ययन के लिए जापानी का काम बहुत महत्वपूर्ण है। समय के साथ, वैज्ञानिकों को अधिक जटिल जीवों के मस्तिष्क का नक्शा बनाने की उम्मीद है।

ड्रोसोफिला, इसकी कई विशेषताओं के कारण, अध्ययन के लिए एक लोकप्रिय वस्तु है। एक साल पहले, वैज्ञानिकों की एक टीम संयुक्त राज्य अमेरिका में हावर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट ने एक दिलचस्प वीडियो प्रस्तुत किया, जिसमें ड्रोसोफिला के फल मक्खी लार्वा की तंत्रिका गतिविधि को स्पष्ट रूप से दिखाया गया है।



वैज्ञानिकों ने आगे और पीछे की ओर बढ़ते हुए लार्वा के तंत्रिका तंत्र का अध्ययन किया। वीडियो में लार्वा के ऊपरी शरीर से निचले और इसके विपरीत संकेतों के प्रसारण को दिखाया गया है। विशेषज्ञों के अनुसार, यह मॉडल बहुत विस्तृत है। यह शरीर की तंत्रिका गतिविधि की रिकॉर्डिंग के लिए नए तरीकों के उपयोग के लिए धन्यवाद बनाया गया था।



यह सब संभव बनाने के लिए, फिलीप केलर ( फिलिप केलर ) और मिशा अहरेंस ( मिशा आह्रेंस ) ने आनुवंशिक रूप से संशोधित मक्खी को जन्म दिया । एक संकेत प्राप्त करने या संचारित करते समय इस जीव के तंत्रिका तंत्र के प्रत्येक न्यूरॉन को संशोधन करना था। चलते समय, एक ऑप्टिकल प्रणाली का उपयोग किया गया था, जिसने फ्लाई लार्वा को दो पक्षों से एक साथ निकालने की अनुमति दी थी।

वैज्ञानिक कार्य "ड्रोसोफिला मस्तिष्क गोलार्द्ध का त्रि-आयामी नेटवर्क" 8 सितंबर, 2016 को प्रकाशित किया गया था (डीओआई: 10.1016 / j.jsb.2013.08.08.012)।

Source: https://habr.com/ru/post/hi397693/