নিউরাল সার্কিটগুলির গতিশীলতা এবং সংযোগগুলি মিলিসেকেন্ড থেকে একটি প্রাণীর জীবনকাল পর্যন্ত টাইমস্কেলগুলিতে ক্রমাগত পরিবর্তিত হয়। অতএব, জৈবিক নেটওয়ার্কগুলি বোঝার জন্য, ন্যূনতম আক্রমণাত্মক পদ্ধতিগুলিকে বারবার প্রাণীদের আচরণে রেকর্ড করার প্রয়োজন হয়।
বিজ্ঞানীরা EPFL একটি ইমপ্লান্টেশন কৌশল তৈরি করেছে যা ফলের মাছি, ড্রোসোফিলা মেলানোগাস্টারের "মেরুদন্ডে" অভূতপূর্ব অপটিক্যাল অ্যাক্সেসের অনুমতি দেয়।
বিজ্ঞানীরা ড্রোসোফিলা মোটর নিয়ন্ত্রণের অন্তর্নিহিত নীতিগুলিকে ডিজিটালভাবে পুনরুদ্ধার করার চেষ্টা করছেন। 2019 সালে, তারা বিকাশ করেছে ডিপফ্লাই 3ডি- একটি গভীর-শিক্ষা-ভিত্তিক মোশন-ক্যাপচার সফ্টওয়্যার যা আচরণকারী মাছিদের 3D অঙ্গের গতিবিধি পরিমাপ করতে একাধিক ক্যামেরা ভিউ ব্যবহার করে। 2021 সালে, তারা রামদিয়ার টিম তৈরি করেছিল LiftPose3D- একটি একক ক্যামেরা থেকে নেওয়া 3D ছবি থেকে 2D প্রাণীর ভঙ্গি পুনর্গঠনের একটি পদ্ধতি।
এই প্রচেষ্টাগুলি 2022 সালে তাদের প্রকাশনার মাধ্যমে পরিপূরক হয়েছিল নিউরোমেকফ্লাই- ড্রোসোফিলার প্রথম রূপগতভাবে সঠিক ডিজিটাল "যমজ"।
তবে সামনে সবসময় আরও চ্যালেঞ্জ থাকে। উদ্দেশ্য শুধুমাত্র একটি জীবের মানচিত্র এবং বোঝা নয় স্নায়ুতন্ত্র - একটি উচ্চাভিলাষী কাজ এবং নিজের মধ্যেই - তবে এটিও আবিষ্কার করা যে কীভাবে জৈব-অনুপ্রাণিত রোবটগুলি তৈরি করা যায় যা মাছির মতো চটপটে।
রম্যা বলল, "এই কাজের আগে আমাদের যে বাধা ছিল তা হল যে পশুর স্বাস্থ্য খারাপ হওয়ার আগে আমরা শুধুমাত্র অল্প সময়ের জন্য ফ্লাই মোটর সার্কিট রেকর্ড করতে পারি।"
তাই, ইপিএফএল-এর স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিং বিজ্ঞানীরা দীর্ঘ সময়ের জন্য ড্রোসোফিলা স্নায়ু ক্রিয়াকলাপ নিরীক্ষণের জন্য সরঞ্জাম তৈরি করেছেন।
লরা হারম্যানস, পিএইচডি এই প্রকল্পের নেতৃত্বদানকারী শিক্ষার্থী বলেন, “আমরা মাইক্রোইঞ্জিনিয়ারড ডিভাইস তৈরি করেছি যা প্রাণীর ভেন্ট্রাল নার্ভ কর্ডে অপটিক্যাল অ্যাক্সেস প্রদান করে। তারপরে আমরা অস্ত্রোপচার করে এই যন্ত্রগুলো মাছির বক্ষে বসিয়ে দিয়েছি।”
“এই ডিভাইসগুলির মধ্যে একটি, একটি ইমপ্লান্ট, আমাদের নীচের ভেন্ট্রাল নার্ভ কর্ড প্রকাশ করতে মাছির অঙ্গগুলিকে একপাশে সরাতে দেয়৷ তারপরে আমরা একটি স্বচ্ছ মাইক্রোফ্যাব্রিকেটেড উইন্ডো দিয়ে বক্ষকে সিল করি। একবার আমাদের এই ডিভাইসগুলির সাথে মাছি হয়ে গেলে, আমরা দীর্ঘ সময় ধরে অনেক পরীক্ষায় মাছির আচরণ এবং স্নায়ুর কার্যকলাপ রেকর্ড করতে পারি।"
এই সরঞ্জামগুলি বিজ্ঞানীদের দ্বারা একটি একক প্রাণীর দীর্ঘায়িত পর্যবেক্ষণ সক্ষম করে। এখন, তারা এমন অধ্যয়ন পরিচালনা করতে পারে যা কয়েক ঘন্টার পরিবর্তে কয়েক দিন বা এমনকি পুরো মাছির জীবন ধরে চলে।
হারম্যানস বলল, "উদাহরণস্বরূপ, আমরা অধ্যয়ন করতে পারি কিভাবে একটি প্রাণীর জীববিজ্ঞান রোগের অগ্রগতির সময় অভিযোজিত হয়। আমরা পরিবর্তন অধ্যয়ন করতে পারেন নিউরাল সার্কিট বার্ধক্যের সময় কার্যকলাপ এবং গঠন। মাছির ভেন্ট্রাল নার্ভ কর্ডটি আদর্শ কারণ এটি প্রাণীর মোটর সার্কিট্রিকে হোস্ট করে, যা আমাদের অধ্যয়ন করতে দেয় যে কীভাবে সময়ের সাথে বা আঘাতের পরে গতির বিকাশ ঘটে।"
সেলমান সাকার বলেন, "প্রকৌশলী হিসাবে, আমরা ভালভাবে সংজ্ঞায়িত প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ চাই। পবনের দল মাছি থেকে অঙ্গগুলি অপসারণের জন্য একটি ব্যবচ্ছেদ কৌশল তৈরি করেছে যা দেখার ক্ষেত্রকে অবরুদ্ধ করে এবং ভেন্ট্রাল নার্ভ কর্ডকে কল্পনা করে। যাইহোক, অস্ত্রোপচারের পরে মাছি মাত্র কয়েক ঘন্টা বেঁচে থাকতে পারে। আমরা নিশ্চিত ছিলাম যে বক্ষের মধ্যে একটি ইমপ্লান্ট স্থাপন করতে হবে। ইঁদুরের মতো বড় প্রাণীর স্নায়ুতন্ত্রকে কল্পনা করার জন্য সাদৃশ্যপূর্ণ কৌশল রয়েছে। আমরা এই সমাধানগুলি থেকে অনুপ্রেরণা পেয়েছি এবং ক্ষুদ্রকরণের সমস্যা নিয়ে ভাবতে শুরু করেছি।"
শল্যচিকিৎসার পর মাছিকে বেঁচে থাকার অনুমতি দেওয়ার জন্য ভেন্ট্রাল নার্ভ সিস্টেমকে উন্মুক্ত করার জন্য মাছির অভ্যন্তরীণ অঙ্গগুলিকে ধরে রাখার এবং নিরাপদে অপসারণের সমস্যা সমাধানের চেষ্টা করা হয়েছিল প্রাথমিক নকশাগুলি।
সাকার বলল, "এই চ্যালেঞ্জের জন্য, আপনার এমন একজনের প্রয়োজন যিনি একটি জীবন বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল দৃষ্টিকোণ উভয়ের সাথে একটি সমস্যার সাথে যোগাযোগ করতে পারেন - এটি লরার [হারম্যানস] এবং মুরাতের [কায়নাক] কাজের গুরুত্ব তুলে ধরে।"
মাত্র কয়েকটি মাছি প্রাথমিক ইমপ্লান্ট থেকে বেঁচে গিয়েছিল কারণ তারা শক্ত ছিল। ইমেজিং গুণমানকে অবনমিত না করে বেঁচে থাকার হার বাড়ানোর জন্য এটি একাধিক ডিজাইন পরিবর্তনের প্রয়োজন। বিজয়ী নকশা- একটি V-আকৃতির কমপ্লায়েন্ট ইমপ্লান্ট যা নিরাপদে মাছির অঙ্গগুলিকে একপাশে সরিয়ে দিতে পারে এবং ভেন্ট্রাল কর্ড প্রকাশ করতে পারে, সহজ কিন্তু কার্যকর। এটি বিজ্ঞানীদের একটি "বারকোডেড থোরাসিক উইন্ডো" দিয়ে কিউটিকলের গর্তটি সীলমোহর করতে সক্ষম করেছে, যা তাদের ভেন্ট্রাল নার্ভ কর্ড পর্যবেক্ষণ করতে এবং মাছি তার দৈনন্দিন জীবনে চলাফেরা করার সাথে সাথে নিউরোনাল কার্যকলাপের পরিমাপ করতে দেয়।
সাকার বলল, "শরীরবিদ্যায় প্রাণী থেকে প্রাণীর বৈচিত্র বিবেচনা করে, আমাদের একটি নিরাপদ এবং অভিযোজিত সমাধান খুঁজে বের করতে হয়েছিল। আমাদের ইমপ্লান্ট এই বিশেষ প্রয়োজনের সমাধান করে। আমরা নিউরোসায়েন্স গবেষণার জন্য একটি বহুমুখী টুলকিট প্রদান করি, পাশাপাশি সঠিক টিস্যু মাইক্রোম্যানিপুলেশন টুলস এবং একটি 3D ন্যানোপ্রিন্টেড কমপ্লায়েন্ট স্টেজ তৈরি করি যা বারবার ইমেজিং সেশনের সময় প্রাণীদের মাউন্ট করার জন্য।"
Ramya বলেছেন, “মাছি অধ্যয়ন করে, আমরা বিশ্বাস করি যে তুলনামূলকভাবে সহজ কিছু বোঝা আরও জটিল জীব বোঝার ভিত্তি তৈরি করতে পারে। আপনি যখন গণিত শিখবেন, আপনি রৈখিক বীজগণিতের মধ্যে ডুব দেবেন না; আপনি প্রথমে যোগ এবং বিয়োগ করতে শিখুন। উপরন্তু, রোবোটিক্সের জন্য, একটি "সাধারণ" পোকাও কীভাবে কাজ করে তা বোঝা চমৎকার হবে।"
"দলের জন্য পরবর্তী ধাপ হল ড্রোসোফিলা আন্দোলন নিয়ন্ত্রণের প্রক্রিয়াগুলি উদ্ঘাটন করতে তাদের নতুন পদ্ধতি ব্যবহার করা। জৈবিক সিস্টেমগুলি কৃত্রিম সিস্টেমের তুলনায় অনন্য যে তারা গতিশীলভাবে পরিবর্তন করতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, নিউরনের উত্তেজনা বা সিন্যাপসের শক্তি। তাই কি জৈবিক সিস্টেম এত চটপটে করে তোলে তা বোঝার জন্য, আপনাকে এই গতিশীলতা পর্যবেক্ষণ করতে সক্ষম হতে হবে। আমাদের ক্ষেত্রে, আমরা দেখতে চাই কিভাবে, উদাহরণস্বরূপ, মোটর সিস্টেমগুলি একটি প্রাণীর জীবদ্দশায় বার্ধক্যের জন্য বা আঘাতের পরে পুনরুদ্ধারের সময় কীভাবে প্রতিক্রিয়া জানায়।"
জার্নাল রেফারেন্স:
- লরা হারম্যানস, মুরাত কায়নাক, জোনাস ব্রাউন, এবং অন্যান্য। মাইক্রো-ইঞ্জিনিয়ারযুক্ত ডিভাইসগুলি প্রাপ্তবয়স্ক ড্রোসোফিলার আচরণে ভেন্ট্রাল নার্ভ কর্ডের দীর্ঘমেয়াদী ইমেজিং সক্ষম করে। প্রকৃতি যোগাযোগ, 25 আগস্ট 2022। DOI: 10.1038 / s41467-022-32571-Y
