دانشمندان به تازگی کامل ترین نقشه قشر میمون را معرفی کردند

دانشمندان به تازگی کامل ترین نقشه قشر میمون را معرفی کردند

تمبر زمان: 14 ژوئیه 2023، 10:00 صبح
دانشمندان به‌تازگی از کامل‌ترین نقشه قشر میمون با وجود هوش داده پلاتو بلاک چین پرده‌برداری کردند. جستجوی عمودی Ai.

یک تیم بین المللی به رهبری دانشمندان چینی به تازگی کامل ترین اطلس قشر میمون ماکاکی را تا به امروز ساخته اند. بیرونی‌ترین لایه مغز، قشر مغز بسیاری از عملکردهای شناختی ارزشمند ما را در خود جای داده است: توانایی استدلال، تصمیم‌گیری و سازگاری با محیط‌های همیشه در حال تغییر در پرواز.

در مقایسه با حیوانات دیگر، نخستی‌ها - از جمله انسان - دارای قشر بسیار منبسط شده‌اند. دانشمندان مدت‌ها فکر می‌کردند که این ویژگی تکاملی چیزی است که به مغز ما توانایی مدیریت محاسبات پیچیده را می‌دهد.

اما چگونه؟

این راز ممکن است در بسیاری از انواع سلول های قشر مغز و نحوه سازماندهی آنها پنهان باشد. یک موضوع کلیدی در زیست شناسی این است که "ساختار عملکرد را تعیین می کند". مانند ساختن یک کامپیوتر از ابتدا، هر جزء و محل قرارگیری و سیم کشی آن می تواند عملکرد را تغییر دهد.

فهرست نویسی مکان دقیق هر سلول در قشر میمون می تواند به رمزگشایی – و شاید به صورت دیجیتالی – قوانینی کمک کند که قشر پستانداران را به یک نیروگاه محاسباتی تبدیل می کند.

مطالعه، منتشر شده in سلول، همچنین از ابزار نسبتا جدیدی برای نقشه برداری مغز بهره گرفته است. تماس گرفت استریو-ثانیه، این فناوری اطلاعات ژنتیکی - رونوشت - را از چندین سلول به طور همزمان استخراج می کند و یک لایه داده جدید به موقعیت هر سلول اضافه می کند.

این تیم با ثبت فعالیت تقریباً 500 ژن یک اثر انگشت مولکولی برای هر سلول ایجاد کردند. سپس، به لطف دوز سنگین هوش مصنوعی، آنها نزدیک به 1.5 میلیون سلول از 143 منطقه را در انواع سلول های متمایز طبقه بندی کردند و مکان آنها را در قشر مغز ترسیم کردند.

این پروژه قبلاً برخی از بینش ها را به همراه داشته است. سلول های مغزی تمایل دارند به صورت دسته ای عمل کنند. برخی از انواع، شرکت سلول های خاص دیگر را ترجیح می دهند، که نشان می دهد آنها شبکه های عصبی محلی را تشکیل می دهند. نورون‌هایی که فعالیت کلی مغز را افزایش می‌دهند یا کاهش می‌دهند، نقاط ترجیحی دارند و تعداد آنها بین نواحی قشر مغز و عمق تغییر می‌کند.

همچنین، در مقایسه با اطلس مغز موش، نقشه جدید چندین نوع سلول مخصوص پستانداران را پیدا کرد که در یک لایه از قشر کنار هم جمع شده بودند.

ترکیب سلولی مغز و توزیع فضایی آن مسائل اساسی علم مغز است و اهمیت آن مشابه توالی پایه DNA است که توسط توالی یابی ژنوم انسان کشف شده است. گفت: نویسنده مطالعه دکتر چنگیو لی در آکادمی علوم چین. قشر مغز ماکاک مانند ماست و این مطالعه کامل ترین نقشه در نوع خود را ارائه می دهد.

کیک عصبی مرموز

قشر یک ساختار شش لایه پیچیده با انواع مختلف نورون ها و سایر سلول های مغزی است.

نورون ها معمولاً ستاره نمایش هستند: این سلول های الکتریکی فعال شده برای پردازش اطلاعات به شبکه های عصبی متصل می شوند. دو نوع اصلی به تعادل سطح فعالیت کلی مغز کمک می کنند. سلول های گلوتاماترژیک تحریک کننده هستند و محاسبات مغز را افزایش می دهند. سلول های GABAergic مهاری هستند و فعالیت شبکه را کاهش می دهند.

سلول های غیر عصبی تصویر را کامل می کنند. برخی به محافظت از مغز در برابر عفونت ها کمک می کنند. برخی دیگر از متابولیسم عصبی حمایت می کنند و زباله های مولکولی را پاک می کنند. آنها شخصیت های جانبی نیستند: مطالعات اخیر نشان می دهد که آنها نقش مهمی در شکل گیری شبکه های عصبی در مراحل اولیه توسعه و مبارزه با اختلالات عصبی مانند آلزایمر دارند.

مطالعه جدید عمدتا بر روی این سلول های مغزی متمرکز شده است.

برش و قطعه قطعه کردن

این تیم مغز سه میمون ماکاک نر بالغ را تجزیه و تحلیل کردند. با بیش از شش میلیارد سلول، مغز آنها از نظر تکاملی به مغز ما نزدیک است.

برای شروع، تیم به دقت مغز را از جلو به عقب با چندین برش متخصص برش داد. یکی، تقریباً به ضخامت کاغذ چاپگر، برای تعیین توالی مشخصات ژنتیکی هر سلول استفاده شد.

برش های دیگر، در مجاورت بلوک های ضخیم تر برای حفظ یکپارچگی فضایی، حتی نازک تر بودند. به نیمی از این موارد، تیم یک رنگ درخشان در تاریکی اضافه کرد که روی پروتئین‌هایی که در قسمت بیرونی نورون‌ها قرار دارند می‌چسبد. این مرحله تشخیص مکان های تشریحی متمایز در قشر مغز را آسان می کند.

دسته دوم از برش های فوق نازک داده های ژنتیکی خود را از طریق ابزار جدید Stereo-seq استخراج کردند. فکر کنید این مرحله مانند یک دوربین دیجیتال کار می کند، اما به جای گرفتن پیکسل ها، داده های بیان ژن را از هر سلول به شکل RNA پیام رسان (mRNA) می گیرد. "ترانسکریپتوم" به دست آمده یک عکس فوری از تمام ژن های فعال برای هر سلول در هر لحظه است.

هدف در اینجا تصویربرداری از رونوشت هر سلول در عین حفظ اطلاعات در مورد مکان فیزیکی هر سلول است. مانند سنسور دوربین، فرآیند با یک تراشه سیلیکونی تقریباً به اندازه دو مهر شروع می شود. تراشه جدید طراحی شده دارای میدان دید بسیار گسترده تری نسبت به تکرارهای قبلی است - مانند تلفن در حالت پانوراما - که اسکن مناطق بزرگتر مغز را آسان تر می کند.

روی هر تراشه آرایه‌های دوبعدی از نانوگلوله‌های DNA برای گرفتن روی mRNA وجود دارد. غشاهای سلولی با رنگ آمیزی رنگ آمیزی شدند تا به تیم کمک کند اثر انگشت رونوشت را با میزبان خود تطبیق دهد.

این تیم با استفاده از چندین الگوریتم هوش مصنوعی، تمام این مجموعه داده ها را در اولین اطلس سه بعدی و تک سلولی قشر ماکاک در جهان ترکیب کرد. هر نوع سلول در نقشه به همراه یک طبقه بندی سه سطحی که نشان می دهد چگونه سلول ها از طریق قشر متفاوت هستند در نقشه مشخص شده است.

به عنوان مثال، نوعی از نورون های تحریکی در لایه های دو و سه در قشر مغز، یک ژن "تنظیم کننده اصلی" را برای سیگنال دهی استرس در مغز بیان می کند. هر سه سلول اصلی مغز - گلوتامات، GABA و سلول‌های غیر نورونی - با سلسله مراتب ساختاری قشر مغز مرتبط هستند و برخی در مناطق و اعماق آن فراوان‌تر هستند.

منبعی برای تکامل

قشر مغز در پستانداران به شدت گسترش یافته و اغلب به عنوان جایگاه شناخت بالاتر در نظر گرفته می شود. در تحلیل دیگری، تیم نقشه مغز میمون را با نقشه موجود مقایسه کرد موش و انسان اطلس هایی برای کشف انواع سلول های جدید مخصوص پستانداران.

این آزمایش گروهی از سلول‌های تحریک‌کننده را در لایه چهارم قشر نخستی‌ها مشخص کرد که در موش‌ها وجود ندارد. سلول‌ها در قسمت جلویی مغز بسیار متمرکز بودند - ناحیه‌ای که از شناخت بالاتر پشتیبانی می‌کند - با ژن‌هایی که قبلاً با زبان، رشد مغز و اوتیسم مرتبط بودند.

تیم این منبع را برای هر کسی رایگان کرد. این مجموعه ای از داده ها را برای مقابله با این سوال قدیمی ارائه می دهد که چگونه ساختار منجر به هوش می شود - و کی، چرا و چگونه مغز ما در بیماری های عصبی لکنت می کند. دکتر ژون ژو گفت که این نتایج همچنین ممکن است «پیشرفت‌هایی را در زمینه علوم مغز، مانند هوش الهام گرفته از مغز و رابط‌های مغز و رایانه، ارتقا بخشد».

تمام مجموعه داده منبع باز است. باهاش ​​بازی کن اینجا کلیک نمایید.

تصویر های اعتباری: اطلس رونویسی فضایی ماکاکی / BGI

تمبر زمان:

بیشتر از تکینگی هاب