Habere Güven

Son Dakika Hızlı Haber ve Güncel Gelişmeler

Dünyanın en büyük beyin haritaları sinirbilimi nasıl değiştirebilir?

A+ | A-

Dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları, beyindeki hücreleri kataloglamak ve haritalamak için birlikte çalışıyorlar. Bu devasa projeler nasıl çalıştığına dair neler ortaya çıkardı?

Dünyaya uzaydan baktığınızı ve bireylerin birbirlerine söylediklerini dinleyebildiğinizi hayal edin. Bu, beynin nasıl çalıştığını anlamanın ne kadar zor olduğuyla ilgili.

Sinir liflerini görselleştirmek için bir insan beyni dilimi mikroskoba yerleştirilir. 
Kredi bilgileri: Mareen Fischinger

Organın buruşuk yüzeyinden bir milyon kat yakınlaştırın ve dallara ayrılan ve birbirine uzanan farklı şekil ve büyüklükteki hücrelerden oluşan bir kaleydoskop göreceksiniz. 100.000 kez daha yakınlaştırın ve hücrelerin iç işleyişini, her birinin içindeki küçük yapıları, aralarındaki temas noktalarını ve beyin bölgeleri arasındaki uzun mesafeli bağlantıları göreceksiniz.

Bilim adamları, solucan 1 ve sinek 2 beyinleri ve fare 3 ve insan 4 beyinlerinin küçük parçaları için bunun gibi haritalar yaptılar . Ama bu tablolar sadece başlangıç. Beynin nasıl çalıştığını gerçekten anlamak için, sinirbilimcilerin ayrıca beyinde var olduğu düşünülen yaklaşık 1000 hücre türünün her birinin farklı elektrik lehçelerinde birbirleriyle nasıl konuştuğunu bilmeleri gerekir. Bu tür eksiksiz, ince bir şekilde şekillendirilmiş haritayla, nasıl düşündüğümüzü ve nasıl davrandığımızı yönlendiren ağları gerçekten açıklamaya başlayabilirler.

Bu hafta yayınlanan ve beyindeki hücre tiplerini kataloglayan bir dizi makale de dahil olmak üzere, bu tür haritalar ortaya çıkıyor . Hükümetlerin, yaşlanan nüfuslarında artan beyin bozuklukları yükünü anlama ve durdurma çabalarından sonuçlar geliyor. Son on yılda başlatılan bu projeler, beynin bağlantılarını sistematik olarak haritalandırmayı ve hücre tiplerini ve fizyolojik özelliklerini kataloglamayı amaçlıyor.

Bu zahmetli bir girişim. ABD Ulusal Sağlık Enstitüsü direktörü Josh Gordon, “Fakat tüm beyin hücre tiplerini, birbirleriyle nasıl bağlantı kurduklarını ve nasıl etkileşime girdiklerini bilmek, bugün hayal bile edemeyeceğimiz tamamen yeni bir dizi terapinin kapısını açacak” diyor. Bethesda, Maryland’deki Ruh Sağlığı (NIMH).

En büyük projeler, 2013 yılında, ABD hükümeti ve Avrupa Komisyonu’nun, memeli beyninin kodunu kırmaya yardımcı olacak araştırmacılara hizmet sağlamak için ‘moonshot’ çabalarını başlatmasıyla başladı. Her biri, farklı hedeflere sahip büyük ölçekli sistematik programlara geniş kaynaklar akıttı. 2027 yılına kadar 6,6 milyar ABD Dolarına mal olacağı tahmin edilen ABD çabası, BRAIN (Yenilikçi Nöroteknolojileri Geliştirerek Beyin Araştırmaları) Girişimi’nde yeni haritalama teknolojileri geliştirmeye ve uygulamaya odaklandı (bkz. ‘Büyük beyin bütçeleri’). Avrupa Komisyonu ve ortak kuruluşları, esas olarak beyin devrelerinin simülasyonlarını oluşturmayı ve bu modelleri deneyler için bir platform olarak kullanmayı amaçlayan İnsan Beyni Projesi’ne (HBP) 607 milyon € (703 milyon $) harcadı.

BÜYÜK BEYİN BÜTÇELERİ: ABD, Avrupa ve Japonya'dan üç beyin haritalama girişiminin bütçelerini gösteren çubuk grafik
Kaynaklar: US BRAIN Initiative/HBP/H. Okano et al. Nöron 92 , 582–590 (2016).

Başlangıçta farelere odaklanan bu çabalardan esinlenen Japonya, 2014 yılında, büyük bir kısmı marmoset beynindeki sinir ağlarının haritalanmasını içeren Brain/MINDS (Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies) projesini başlattı. O zamandan beri, Kanada, Avustralya, Güney Kore ve Çin dahil olmak üzere diğer ülkeler, daha yaygın amaçlarla cömert beyin bilimi programları başlattı veya başlatma sözü verdi.

Devam eden bu çalışmalar, tümü topluluğa açık olacak devasa ve çeşitli veri kümeleri üretiyor. Örneğin, Aralık 2020’de HBP, çeşitli ölçeklerdeki veri setlerine, bunları analiz etmek için dijital araçlara ve deneyler yapmak için kaynaklara erişim sağlamak için EBRAINS platformunu başlattı ( https://ebrains.eu ).

BRAIN Initiative tarafından finanse edilen en büyük ve en iyi finanse edilen çabalardan biri, ABD araştırma kurumlarında 26 ekipten oluşan bir konsorsiyum olan BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) tarafından oluşturulan dev bir hücre türleri kataloğudur . Katalog, kaç farklı beyin hücresi tipi olduğunu, hangi oranlarda var olduklarını ve uzamsal olarak nasıl düzenlendiklerini anlatıyor.

Kuzey Carolina, Durham’daki Duke Üniversitesi’nde nörobiyolog olan BICCN üyesi Josh Huang, “Beyni anlamak, onun temel öğeleri ve bunların nasıl organize edildiği hakkında bilgi sahibi olmayı gerektirir” diyor. “Bir nöral devrenin nasıl kurulduğunu ve nasıl çalıştığını anlamak ve nihayetinde bu devrelerin yürüttüğü karmaşık davranışları anlamak için başlangıç ​​noktamız budur.”

BICCN, 7 Ekim’de Nature’da 17 makalelik bir dilim yayınlıyor ; Nature Portfolio’da halihazırda birkaç başka makale yayınlanmıştır. Konsorsiyum, fare beyninin yaklaşık %1’indeki hücre tiplerini haritaladı ve insanlar da dahil olmak üzere primat beyinleri hakkında bazı ön verilere sahip. 2023 yılına kadar fare beyninin tamamını tamamlamayı planlıyor. Haritalar, Alzheimer hastalığı gibi insana özgü bazı koşullara duyarlılığımızı açıklamaya yardımcı olabilecek türler arasındaki bazı küçük farklılıklara işaret ediyor.

Nörobilimciler, BICCN’nin, beyin işleviyle ilgili hipotezleri test etmeye ve tedaviler geliştirmeye yardımcı olacak belirli hücre tiplerini ve hastalıkla ilgili devreleri hedef alan araçlar geliştirmesinden özellikle heyecan duyuyorlar.

Seattle, Washington’daki Allen Beyin Bilimi Enstitüsü başkanı nörobilimci Christof Koch, hücre kataloğunun çok ihtiyaç duyulan bir mihenk taşı olduğunu söylüyor. “Periyodik tablo olmadan kimyadaki hiçbir şey bir anlam ifade etmez ve hücre tiplerinin varlığını ve işlevini anlamadan beyni anlamada hiçbir şey anlamlı olmayacaktır.”

Tip avcısı

Bir asırdan fazla bir süre önce, İspanyol sinirbilimci Santiago Ramón y Cajal, memeli beyninde kaç farklı hücre tipi olduğunu gösteren ilk kişiydi. Nöronları mikroskop altında görülebilecek şekilde boyadı ve daha sonra şekillerinin kesin ve güzel çizimlerini yaptı. Bulduğu birkaç düzine tür arasında, bazılarının örümcek bacakları gibi uzun mesafeler boyunca kabarcıklı hücre gövdelerinden uzanan uzantıları – veya aksonları – vardı. Bazılarının kısa aksonları vardı; diğerleri daha çok yıldızlara benziyordu. Her hücrenin aksonları diğerlerinin hücre gövdelerine çok yakın olduğu için, muhtemelen bilgi ilettikleri sonucuna vardı. Buluşları için 1906 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü paylaştı.

Birçok şubesi olan bir nöronun el çizimi
İspanyol sinirbilimci Santiago Ramón y Cajal tarafından yaklaşık 1900’de gözlemlenen ve çizilen insan beyinciğinden bir Purkinje nöronu. Kredi: Santiago Ramón y Cajal/Cajal Enstitüsü (CSIC), Madrid

Hücre türleri üzerine yapılan çoğu çalışma, o zamandan beri, bir hayvanın daha karmaşık davranışlarının çoğunu kontrol eden beynin korteksine odaklandı. Son otuz yılda, sinirbilimciler, kortekste soyların farklı gelişim aşamalarına kadar izlenebileceği üç ana hücre sınıfı olduğunu keşfettiler. Bunlar, iki nöron sınıfını içerir – inhibitör ve uyarıcı. Her ikisi de elektrik darbeleri iletir, ancak ilki partner nöronlardaki aktiviteyi bastırır ve diğeri onu teşvik eder. Üçüncü sınıf, nöronları destekleyen ve koruyan çok sayıda nöronal olmayan hücreden oluşur.

On yıllar boyunca, sinirbilimciler, bu sınıflarda farklı bir hücre tipini neyin oluşturduğunun tanımına ince ayar yapmak için yollarına çıkan her uygun yeni teknolojiyi kullandılar. Araştırmacılar, yüzeysel olarak aynı görünen hücrelerin, diğer beyin hücreleri veya bölgeleriyle olan bağlantılarına veya elektriksel özelliklerine bağlı olarak farklı hücre tipleri olabileceğini fark etti.

Aynı zamanda araştırmacılar, nöronların ağlarda nasıl birbirine bağlandığına ve ağların özelliklerinin neler olduğuna dair veri topluyorlardı. (HBP başlatıldığında, araştırmacıların bu ağların birlikte nasıl çalışabileceğini simüle etmelerine yardımcı olmak için algoritmalar ve bilgi işlem gücü oluşturmaya odaklandı.)

1990’lardan itibaren araştırmacılar, genlerin farklı hücre tiplerindeki aktivitelerini ve ekspresyonlarının özelliklerini nasıl yansıttığını incelemeye başladılar.

2006’da Allen Enstitüsü , fare beyninde kabaca 21.000 genin her birinin nerede ifade edildiğini gösteren bir gen ifade atlası oluşturdu . Allen Brain Atlas’ı tek seferde bir gen oluşturmak yaklaşık 50 personelin 3 yılını aldı ve değeri sinirbilim topluluğu tarafından anında kabul edildi. Düzenli olarak güncellenir ve bir referans olarak yaygın olarak kullanılmaya devam eder, bilim adamlarının ilgilendikleri genin nerede ifade edildiğini bulmalarına veya belirli bir genin bir hastalıktaki rolünü incelemelerine yardımcı olur.

Yine de toplum daha fazlasını istiyordu. Allen Beyin Bilimi Enstitüsü müdürü Hongkui Zeng, “Her hücrede aynı anda ifade edilen her geni görebilmek istedik” diyor. Bireysel hücrelerdeki farklı gen ekspresyon kalıpları, araştırmacıların hangi tür hücre olduklarını tanımlamalarına izin verecekti – iddialı bir görev çünkü fare beyni, üçte ikisi nöron olan 100 milyondan fazla hücre içeriyor. (İnsan beyni, yarısı nöron olan 170 milyardan fazla hücreyle üç kat daha büyüktür.)

2000’li yılların ortalarında ortaya çıkan ve oyunun kurallarını değiştiren bir teknoloji, bunu başarmaya yardımcı olacağına söz verdi. Bilim adamları, son on yılda biyolojinin tüm alanlarını dönüştüren bir teknik olan tek hücrelerde RNA’yı sıralamanın bir yolunu geliştirdiler. Bir hücrenin transkriptomu – tüm protein kodlayan genlerin okunmasını temsil eden RNA – hücrenin belirli bir zamanda hangi proteinleri ürettiğinin bir göstergesidir.

2017 yılında BRAIN Initiative, bu yöntemi ve diğer, hatta daha yeni teknolojileri, tüm beyindeki hücre tiplerini haritalamak ve karakterize etmek için kullanmak için önemli bir oyuncu olarak Allen Enstitüsü de dahil olmak üzere bir laboratuvar ağını finanse etmeye karar verdi (bkz. ‘). İki yıl sonra, BICCN bilim adamları çabalarına başlamaya hazırdı.

HARİTALAMA YÖNTEMLERİ: BRAIN girişimi Cell Census Network'ün nöronları nasıl katalogladığını ve haritaladığını gösteren infografik
Kaynak: Ref. 5

Sıralama çılgınlığı

Pilot projeleri için araştırmacılar mütevazı bir hedef seçtiler: hareketin planlanması ve yürütülmesiyle ilgili bilgileri işleyen motor korteks olarak bilinen fare beyninin küçük bir köşesi. Motor korteks, tüm memelilerde, farelerden, insanlardan ve diğer türlerden elde edilen sonuçları karşılaştırmayı mümkün kılan açık muadillerine sahiptir. Bunlar 1.1 milyondan fazla bireysel hücrelerde RNA içeriği ölçüldü ve kümelenmiş nasıl analiz 5 . Bu çaba, yaklaşık on BICCN bilim insanının sadece üç ayını aldı.

Her biri farklı bir hücre tipini temsil ettiği düşünülen 56 ayrı küme buldular. Allen Enstitüsü’nden Ed Lein, büyük bir soru, bir hücrenin genetik sınıflandırmasının, nasıl ateşlendiği, hangi şekle sahip olduğu ve nereye yansıttığı da dahil olmak üzere yaptığı diğer her şeyle uyuşup uyuşmadığıdır.

Şimdiye kadar, eşleşiyor gibi görünüyor, diyor. Lein, tek bir hücreden üç farklı ölçüm tipine izin veren patch-seq adı verilen özellikle güçlü bir yöntem kullanarak beyin kanseri ameliyatı sırasında bir kişiden alınan taze beyin dokusunu analiz eden paralel bir BICCN projesine öncülük etti. Teknik, hücrenin zarına kenetlenen, elektriksel aktivitesini kaydeden, hücrenin anatomisinin görüntülenebilmesi için hücreye bir boya akıtan ve ardından transkriptom analizi için hücrenin içeriğini emen özel bir cam pipet kullanır.

Ekip, ortak bir transkriptomik modele sahip hücrelerin aynı farklı şekli ve ateşleme modellerini 6 paylaştığını gösterdi . Lein, “Bu, transkriptomiklerin hücre çeşitliliğini yorumlamak ve hücresel özellikleri tahmin etmek için bir Rosetta taşı olarak hizmet edebileceğini gösteriyor” diyor.

İşbirliğinin dışındaki bilim adamları, sonuçlardan, özellikle de tek bir sınıfın nöronlarının birbirinden çok farklı olabileceğinin keşfinden zaten ilham aldılar.

İki yıl önce, Los Angeles California Üniversitesi’nden sinirbilimci Anne Churchland, bu çeşitliliğin uyarıcı nöronlarda önemli olup olmadığını görmek için farelerde bir dizi deney tasarlamaya başladı. Akran incelenmemiştir Onun erken sonuçlar, 7 fareler gibi farklı zamanlarda farklı uyarıcı nöronlar yangın bir dinleme görevi gerçekleştirmek: bu düşündürmektedir. “Gerçekten heyecan verici bir aşamadayız” diyor.

Daha büyük beyinler

Hücre sayımının bir sonraki aşamasında, ekipler daha büyük beyinlere odaklanacak. Bu çalışmaların bir kısmı şimdiden başladı. Ölüm sonrası marmoset ve insan beyninin RNA dizilimi, türler 6 arasında hücre tiplerinde dikkate değer bir tutarlılık ortaya koymuştur . O halde, insanların belirgin biçimde üstün bilişsel gücünü açıklayan nedir?

Lein, “Bu çalışmalardan elde edilen ana mesaj, hücre tiplerinin genel planının türler arasında korunduğudur” diyor. “Yine de, sadece bir temanın varyantları olsalar bile, oldukça önemli olan tür uzmanlıklarına dair kanıtlar bulabilirsiniz.” BICCN transkriptomik çalışmaları, insan beyninde, özellikle en son evrimleşmiş nöronlarda, fare beynine göre daha fazla hücre tipi çeşitliliği göstermektedir. Bunlardan biri, Alzheimer hastalığında 8 seçici olarak tükendiği bilinen bir nöron tipine karşılık gelir .

Mavi bir arka plan üzerinde yeşil renkle vurgulanmış bir fare beyninin korteksinde bulunan akso-aksonik hücre
Dünyanın dört bir yanındaki projeler, fare korteksinden bu hücreler gibi nöronları katalogluyor. Kredi: X. Wang ve diğerleri ./ Hücre Raporları

Ayrıca, farklı hücre tiplerinin oranı insanlar, marmosetler ve fareler arasında farklılık gösterir. Lein, bu özelliklerin insana özgü hastalıkları daha iyi anlamamıza yardımcı olabileceğini söylüyor.

Lein şimdi öldüklerinde Alzheimer hastalığı olan insanlardan alınan 100 ölüm sonrası beyin üzerinde transkriptomik analiz yapıyor. Bu hastalığa özgü haritaları BICCN’den alınan referans haritalarla karşılaştırmak, hücrelerimizin en savunmasız olanlarını daha sistematik bir şekilde ortaya çıkaracağını söylüyor.

BICCN çalışmaları tarafından vurgulanan bir diğer farklılık, fareler, marmosetler ve insanlar arasındaki kortekste uyarıcı ve engelleyici nöronların dengesindeki büyük değişimdir. Marmosetlerde 1 ile 5: 1 farelerinde 3 ile karşılaştırıldığında, 1 insanlarda: oranı 2 6 . Lein, bunun şaşırtıcı ve oldukça gizemli bir bulgu olduğunu belirtiyor. “Bu kümülatif farklılıklar, insan korteksinin nasıl düzenlendiği ve çalıştığı konusunda derin değişikliklere yol açabilir” diyor.

Berkeley’deki California Üniversitesi’nden nörobilimci John Ngai, insan beynini özel yapan şeyin hücresel çeşitlilikteki, hücre tiplerinin oranlarındaki, beynin kablolarındaki ve muhtemelen çok daha fazlasındaki farklılıklara ineceğini söylüyor. Girişim. “Bu asırlık sorunun basit bir cevabı yok.”

Haritalardan tıbba

Ngai, BRAIN Girişimi için sonraki adımlardan birinin, hastalıkla ilgili devrelerdeki belirli hücre tiplerini seçici olarak hedef alan araçlar oluşturmak ve bu devreleri yukarı veya aşağı ayarlayabilen terapötik moleküller sunmak olacağını söylüyor.

Araştırmacıları özellikle heyecanlandıran hedefleme yöntemi, BICCN’nin bireysel hücre tiplerine 9 özgü kısa DNA parçacıkları keşfine dayanıyor . Bu kısa diziler, bu hücre tipleri için işaretler olarak hizmet edebilir ve araştırmacıların, farklı hücreleri hedefleyebilecekleri ve hücrelerin aktivitesini 10 – ve dolayısıyla ilişkili devrelerin aktivitesini manipüle edebilecekleri fare suşları oluşturmalarına olanak tanır . Hem temel bilim hem de tıp fayda sağlar. Navigasyon konusundaki çalışmaları nedeniyle 2014 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü paylaşan Norveç, Trondheim’daki Kavli Sistem Nörobilim Enstitüsü’nden Edvard Moser, “Beyindeki her hücreyi hedefleyebilme yeteneği, temel araştırmalar için büyük bir destek olacaktır” diyor. beyinde.

Mor bir arka plan üzerinde turuncu renkle vurgulanan bir insan beynindeki nöronların görüntüleri
İnsan neokorteksinin 2/3 tabakasındaki nöronlar, dendrit adı verilen ağaç benzeri dalları gösteriyor. Kredi: Albert Gidon & Matthew Larkum, Berlin Humboldt Üniversitesi; Felix Bolduan & Imre Vida, Charité — University Medicine Berlin

İsviçre, Basel’deki Moleküler ve Klinik Oftalmoloji Enstitüsü’nden Botond Roska, bu araçların, eksik veya bozuk bir genin yerini alan bir tedavi olan gen tedavisi için de “son derece önemli” olacağını söylüyor. Roska, ışığa duyarlı proteinlerin retinadaki nöronlara yerleştirildiği dünyanın ilk optogenetik tedavisini belirli bir tür körlüğü olan insanlarda test ediyor. Retinadaki uygun hücreleri belirlemeye karar vermesinden, ilk 11 bireyin başarılı tedavisini Mayıs ayında yayınlamasına kadar 19 yıl sürdüğünü söylüyor . BICCN etkinliklerinin gelecekte diğer beyin alanlarında çalışan bilim insanları için araştırmaları hızlandıracağını söylüyor.

Gordon, psikiyatrik ve nörolojik durumlar için ilaç geliştiricilerinin hücre tipini göz önünde bulundurması gerektiğini, ancak şimdiye kadar bunun mümkün olmadığını söylüyor. “Şu anda, hangi hücreleri etkilediklerini bilmeden tüm hücrelere aynı anda ilaç atıyoruz – bu yüzden psikiyatri ve nörolojideki tedavilerimizin çoğunun önemli yan etkileri var.”

Uzaklaştırma

Beynin bölümlerini bilmek bir şeydir. Birlikte nasıl çalıştıklarını bilmek başka bir şey. Büyük beyin projelerinden bazıları, dünya çapındaki birkaç bağımsız araştırma grubuyla birlikte, fareler ve insanlar da dahil olmak üzere birçok tür için hücre tiplerinin ve bağlantılarının (konektom olarak bilinen) mekansal organizasyonu üzerinde çalışıyor.

Bunu yapmak için bilim adamları beyni boyar ve daha sonra görüntüleri bir elektron mikroskobu tarafından yakalanan ultra ince katmanlara dilimler. Ardından görüntüleri bir araya toplarlar ve her hücrenin 3B yolunu izlemek için yapay zeka kullanırlar. Çözünürlük o kadar iyi ki, her sinaps – bir hücrenin zarındaki diğer hücrelerle kimyasal bağlantılar oluşturan küçük yapılar – ortaya çıkıyor.

Virginia, Ashburn’deki Janelia Araştırma Kampüsü’ndeki bilim adamları, gelecek yıl meyve sineği konektomunu tamamlamayı umuyorlar. Daha büyük türler için gereken çabanın ölçeği, daha fazla tam bağlantının onlarca yıl olmasa da yıllar uzakta olduğu anlamına gelir. BICCN, yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu kullanarak tüm fare beyninin 3D anatomik haritasını oluşturmayı planlıyor – hücrelerin iç işleyişini görmek için gereken milyar kat büyütmeyi sağlıyor. Japan Brain/MINDS Project’te çalışan bilim adamları, marmoset bağlaçlarının izini sürüyorlar ve Almanya’nın Max Planck Society’nin farklı enstitülerinde çalışan üçü de dahil olmak üzere, hükümet destekli büyük beyin projeleri dışındaki bir avuç grup, diğer büyük memelilerin bağlaçları üzerinde çalışıyor.

Mevcut çabalar, beyin dokusunun en küçük lekelerini bile yeniden yapılandırmak için gereken hesaplama gücü ile sınırlıdır. Ancak Almanya, Frankfurt’taki Max Planck Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nün direktörü Moritz Helmstaedter, bu küçük hacimli bağlaçların hala yararlı olduğunu söylüyor, çünkü “devrelerimizin bireysel deneyimlerimiz veya evrimsel tarafından nasıl şekillendirildiği hakkında heyecan verici sorular sormaya başlayabiliriz. yatkınlık”.

Beyin bariyerleri

Çoğu sinirbilimci, büyük haritalama projelerinin alanın geleceği için anahtar olduğunu düşünüyor, ancak bazıları temkinli. New York Üniversitesi’nden nörofizyolog Tony Movshon, hücre tipleri ve bağlaçlarla ilgili ayrıntılı bilginin hemen yardımcı olacağına kuşkuyla bakıyor. “Kimse transkriptomik analiz yapmadan önce morfolojiden ve diğer sınıflandırmalardan bazı hücre tiplerini zaten biliyorduk ve hala tamamen denizdeyiz” diyor. “Genetik olarak daha farklı türler olduğunu bilmek, bir devrenin nasıl çalıştığını anlamak için yakın vadede pek yardımcı olmayacak.”

Ancak belirli hücre türlerinin etiketlenmesini veya değiştirilmesini sağlayan araçlar “müthiş” olacak diyor. “Kayıt yaptığımız hücreler hakkında daha fazla şey bilseydik çok daha fazlasını öğrenirdik.”

Movshon, 1990’da başlatıldığında İnsan Genom Projesi’ne (HGP) de şüpheyle yaklaşıyordu, ancak yine, diyor ki, hücre sayımı çalışmasını sağlayan araçlar da dahil olmak üzere projeden çıkan yan ürünler dönüştürücüydü.

Bilim adamları, BICCN ve HGP çabaları arasında, bilimsel kavrayışlar ve araştırma araçları açısından birçok başka paralellik görüyorlar. 2001 yılında insan genomunun taslağı tamamlandıktan sonra, araştırmacılar insanların farelerden çok daha fazla gene sahip olmadığını fark ettiler. Sistemin nasıl çalıştığını anlamak için temel parça kataloğundan daha fazlasına ihtiyaçları olduğunu keşfettiler. Genlerin nasıl ve ne zaman ifade edildiği ve genlerin birbirini nasıl etkilediği ve çevre ile nasıl etkileşime girdiği hakkında ek bilgi katmanlarına ihtiyaçları vardı.

Huang, zorluğun BICCN için benzer olduğunu, ancak kapsamının nihayetinde HGP’ninkini gölgede bırakacağını söylüyor. “Genom sadece bir tür bilgidir, bir dizi nükleotiddir; hücre tipi atlası birçok farklı bilgi türüdür.”

Hücre sayımından elde edilen veri akışı devam ederken, araştırmacılar bilgiyi ‘ortak bir koordinat çerçevesi’ – belirli bir tür için bir tür referans beyni – içinde birleştirmenin yolları üzerinde çalışıyorlar. Bu şekilde, tek bir konumdan birden fazla bilgi türü çekilebilir.

HBP’nin EBRAINS platformu, kendi ortak koordinat çerçevesini oluşturuyor. Belçika’daki Leuven Katolik Üniversitesi’nde nörofizyolog olan Wim Vanduffel, farklı biyolojik bilgi türlerini aynı alanda birbirine bağlamak çok büyük ama önemli bir hesaplama zorluğudur, böylece türler üzerindeki ve nihayetinde türler arasındaki çalışmalar karşılaştırılabilir, diyor. HBP çabasının bir parçasıdır. “Ortak çerçeveler bağlantı noktaları olarak hizmet ediyor” diyor.

HBP ve BICCN, verilerini nasıl birbirine bağlayacaklarını tartışıyorlar. Almanya, Düsseldorf Heinrich Heine Üniversitesi’nde nörobilimci ve HBP’nin bilimsel araştırma direktörü Katrin Amunts, “BICCN aşağıdan yukarıya ve biz yukarıdan aşağıya doğruyuz” diyor.

Nihai hedef, tüm bu projelerden elde edilen verileri tek bir büyük, birleşik resimde birleştirebilecek bir gözlemevi inşa etmektir. Dört yıl önce, bunu akılda tutarak, büyük beyin projelerindeki araştırmacılar , temel görevi sinirbilimcilerin verilerini bir araya getirme ve analiz etme yollarını bulmalarına yardımcı olmak olan gevşek bir organizasyon olan Uluslararası Beyin Girişimi’ni oluşturmak için bir araya geldi .

Koch, uzak ufukta, beyin bozukluklarını gidermek için beynin devrelerini hackleme ihtimalinin yattığını söylüyor.

“Beyin, Evrendeki yüksek derecede aktif maddenin en şaşırtıcı derecede karmaşık parçasıdır” diyor. “Nasıl çalıştığını anlamak için sihirli bir değnek yok, ancak temel donanıma sahip olmak, devrelerinin mekanik olarak anlaşılmasını sağlayacaktır.”

Doğa 598 , 22-25 (2021)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02661-w

Referanslar

  1. 1.Witvliet, D. et al. Doğa 596 , 257–261 (2021).PubMed Madde Google Akademik 
  2. 2.Xu, CS ve ark. bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.01.21.911859 (2020) adresinde ön baskı .
  3. 3.Motta, A. ve ark. Bilim 366 , eaay3134 (2019).PubMed Madde Google Akademik 
  4. 4.Shapson-Coe, A. ve ark. bioRxiv’de ön baskı https://doi.org/10.1101/2021.05.29.446289 (2021).
  5. 5.BEYİN Girişimi Hücre Sayım Ağı (BICCN). Doğa 598 , 86-102 (2021).Madde Google Akademik 
  6. 6.Bakken, TE ve ark. Doğa 598 , 111–119 (2021).Madde Google Akademik 
  7. 7.Musall, S. et al. bioRxiv’de ön baskı https://doi.org/10.1101/2021.09.27.461599 (2021).
  8. 8.Berg, J. ve ark. Doğa 598 , 151–158 (2021).Madde Google Akademik 
  9. 9.Yao, Z. et al. Doğa 598 , 103-110 (2021).Madde Google Akademik 
  10. 10.Matho, KS ve ark. Doğa 598 , 182-187 (2021).Madde Google Akademik 
  11. 11.Sahel, J.-A. et al. Doğa Med. 27 , 1223–1229 (2021).PubMed Madde Google Akademik

Alison Abbott

deneme