वैज्ञानिकों ने मंकी कॉर्टेक्स के अब तक के सबसे पूर्ण मानचित्र का अनावरण किया

वैज्ञानिकों ने मंकी कॉर्टेक्स के अब तक के सबसे पूर्ण मानचित्र का अनावरण किया

समय टिकट: 14 जुलाई, 2023 सुबह 10:00 बजे
वैज्ञानिकों ने मंकी कॉर्टेक्स के अब तक के सबसे पूर्ण प्लेटोब्लॉकचेन डेटा इंटेलिजेंस मानचित्र का अनावरण किया। लंबवत खोज. ऐ.

चीनी वैज्ञानिकों के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने मकाक बंदर कॉर्टेक्स का अब तक का सबसे संपूर्ण एटलस बनाया है। मस्तिष्क की सबसे बाहरी परत, कॉर्टेक्स में हमारे कई बहुमूल्य संज्ञानात्मक कार्य होते हैं: तर्क करने की क्षमता, निर्णय लेने की क्षमता, और तुरंत बदलते परिवेश के अनुकूल होना।

अन्य जानवरों की तुलना में, प्राइमेट्स-जिनमें मनुष्य भी शामिल हैं-का कॉर्टेक्स बड़े पैमाने पर विस्तारित होता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से सोचा है कि यह विकासवादी विचित्रता ही हमारे दिमाग को जटिल गणनाओं को प्रबंधित करने की क्षमता देती है।

पर कैसे?

यह रहस्य कॉर्टेक्स के कई प्रकार की कोशिकाओं और वे कैसे व्यवस्थित होती हैं, में छिपा हो सकता है। जीव विज्ञान में एक प्रमुख विषय है "संरचना कार्य निर्धारित करती है।" बिल्कुल शुरुआत से कंप्यूटर बनाने की तरह, प्रत्येक घटक और उसका प्लेसमेंट और वायरिंग प्रदर्शन को बदल सकते हैं।

बंदर कॉर्टेक्स में प्रत्येक कोशिका के सटीक स्थान को सूचीबद्ध करने से उन नियमों को डिकोड करने और शायद डिजिटल रूप से फिर से बनाने में मदद मिल सकती है जो प्राइमेट कॉर्टेक्स को एक कम्प्यूटेशनल पावरहाउस बनाते हैं।

स्टडी, प्रकाशित in सेल, ब्रेन मैपिंग के लिए एक अपेक्षाकृत नए टूल का भी उपयोग किया गया। बुलाया स्टीरियो-सीक, प्रौद्योगिकी एक साथ कई कोशिकाओं से आनुवंशिक जानकारी - ट्रांस्क्रिप्टोम - निकालती है, और प्रत्येक कोशिका की स्थिति में एक नई डेटा परत जोड़ती है।

टीम ने लगभग 500 जीनों की गतिविधि को रिकॉर्ड करके प्रत्येक कोशिका के लिए एक आणविक फिंगरप्रिंट बनाया। फिर, एआई की भारी खुराक के लिए धन्यवाद, उन्होंने 1.5 क्षेत्रों से लगभग 143 मिलियन कोशिकाओं को अलग-अलग सेल प्रकारों में वर्गीकृत किया और कॉर्टेक्स में उनके स्थान को मैप किया।

इस परियोजना से पहले ही कुछ अंतर्दृष्टि प्राप्त हो चुकी है। मस्तिष्क कोशिकाएं गुटों में कार्य करती हैं। कुछ प्रकार कुछ अन्य कोशिकाओं की कंपनी को पसंद करते हैं, यह सुझाव देते हुए कि वे स्थानीय तंत्रिका नेटवर्क बनाते हैं। न्यूरॉन्स जो समग्र मस्तिष्क गतिविधि को या तो बढ़ाते हैं या कम करते हैं, उनमें भी पसंदीदा स्थान होते हैं, उनकी संख्या कॉर्टिकल क्षेत्रों और गहराई के बीच बदलती रहती है।

इसके अलावा, जब माउस ब्रेन एटलस से तुलना की गई, तो नए मानचित्र में कॉर्टेक्स की एक परत में एक साथ घिरे हुए प्राइमेट के लिए विशिष्ट कई प्रकार की कोशिकाएँ पाई गईं।

"मस्तिष्क की कोशिका संरचना और इसका स्थानिक वितरण मस्तिष्क विज्ञान के बुनियादी मुद्दे हैं, और इसका महत्व मानव जीनोम अनुक्रमण द्वारा खोजे गए डीएनए आधार अनुक्रम के समान है," कहा चीनी विज्ञान अकादमी में अध्ययन लेखक डॉ. चेंगयु ली। मकाक सेरेब्रल कॉर्टेक्स हमारे जैसा है, और यह अध्ययन अपनी तरह का सबसे संपूर्ण मानचित्र प्रस्तुत करता है।

एक रहस्यमय तंत्रिका केक

कॉर्टेक्स एक विस्तृत छह-स्तरीय संरचना है जो विभिन्न प्रकार के न्यूरॉन्स और अन्य मस्तिष्क कोशिकाओं से भरी होती है।

न्यूरॉन्स आमतौर पर शो के स्टार होते हैं: ये विद्युत-सक्रिय कोशिकाएं सूचना को संसाधित करने के लिए तंत्रिका नेटवर्क से जुड़ती हैं। दो मुख्य प्रकार मस्तिष्क के समग्र गतिविधि स्तर को संतुलित करने में मदद करते हैं। ग्लूटामेटेरिक कोशिकाएं उत्तेजक होती हैं, जो मस्तिष्क की गणना को तेज़ कर देती हैं। GABAergic कोशिकाएं निरोधात्मक हैं, नेटवर्क गतिविधि को कम करती हैं।

गैर-तंत्रिका कोशिकाएँ चित्र को पूरा करती हैं। कुछ मस्तिष्क को संक्रमण से बचाने में मदद करते हैं। अन्य तंत्रिका चयापचय का समर्थन करते हैं और आणविक अपशिष्ट को साफ करते हैं। वे साइड कैरेक्टर नहीं हैं: हाल के अध्ययनों से पता चलता है कि वे प्रारंभिक विकास में तंत्रिका नेटवर्क को आकार देने और अल्जाइमर जैसे न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों से लड़ने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

नया अध्ययन मुख्य रूप से इन मस्तिष्क कोशिकाओं पर केंद्रित है।

टुकड़ा करने की क्रिया और चौकोर टुकड़ों में काटना

टीम ने तीन वयस्क नर मकाक बंदरों के मस्तिष्क का विश्लेषण किया। छह अरब से अधिक कोशिकाओं के साथ, उनका मस्तिष्क विकासात्मक रूप से हमारे मस्तिष्क के करीब है।

शुरू करने के लिए, टीम ने कई विशेषज्ञ कटों के साथ मस्तिष्क को आगे से पीछे तक सावधानीपूर्वक काटा। प्रत्येक कोशिका की आनुवंशिक प्रोफ़ाइल को अनुक्रमित करने के लिए, लगभग प्रिंटर पेपर की मोटाई का उपयोग किया गया था।

स्थानिक अखंडता बनाए रखने के लिए मोटे ब्लॉकों से सटे अन्य स्लाइस और भी पतले थे। इनमें से आधे में, टीम ने अंधेरे में चमकने वाली डाई जोड़ी, जो न्यूरॉन्स के बाहर मौजूद प्रोटीन को पकड़ लेती है। यह कदम कॉर्टेक्स में विशिष्ट संरचनात्मक स्थानों को पहचानना आसान बनाता है।

अति-पतली स्लाइस के दूसरे बैच का आनुवंशिक डेटा नए स्टीरियो-सीक टूल के माध्यम से निकाला गया था। इस चरण को एक डिजिटल कैमरे की तरह काम करने के बारे में सोचें, लेकिन पिक्सेल कैप्चर करने के बजाय, यह मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) के रूप में प्रत्येक कोशिका से जीन अभिव्यक्ति डेटा कैप्चर करता है। परिणामी "ट्रांसक्रिप्टोम" किसी भी क्षण किसी भी कोशिका के लिए सभी सक्रिय जीन का एक स्नैपशॉट है।

यहां लक्ष्य प्रत्येक कोशिका के भौतिक स्थान के बारे में जानकारी बनाए रखते हुए प्रत्येक कोशिका के प्रतिलेख की छवि बनाना है। कैमरा सेंसर की तरह, प्रक्रिया लगभग दो स्टैम्प के आकार की एक सिलिकॉन चिप से शुरू होती है। नई डिज़ाइन की गई चिप में पिछले पुनरावृत्तियों की तुलना में देखने का क्षेत्र कहीं अधिक व्यापक है - जैसे कि पैनोरमिक मोड पर एक फ़ोन - जिससे मस्तिष्क के बड़े क्षेत्रों को स्कैन करना आसान हो जाता है।

प्रत्येक चिप पर एमआरएनए को पकड़ने के लिए डीएनए नैनोबॉल की 2डी सरणियाँ अंकित हैं। टीम को अपने मेजबान के लिए एक ट्रांसक्रिप्टोम फिंगरप्रिंट से मिलान करने में मदद करने के लिए कोशिका झिल्ली को रंगों से रंग दिया गया था।

कई एआई एल्गोरिदम का उपयोग करते हुए, टीम ने इन सभी डेटासेट को मैकाक कॉर्टेक्स के दुनिया के पहले त्रि-आयामी, एकल-सेल एटलस में मिलाया। प्रत्येक कोशिका प्रकार को मानचित्र में तीन-स्तरीय वर्गीकरण के साथ विस्तृत किया गया है जो दर्शाता है कि कोशिकाएं कॉर्टेक्स के माध्यम से कैसे भिन्न होती हैं।

उदाहरण के लिए, कॉर्टेक्स में परतों दो और तीन में एक प्रकार का उत्तेजक न्यूरॉन मस्तिष्क में तनाव संकेतन के लिए एक "मास्टर रेगुलेटर" जीन व्यक्त करता है। मस्तिष्क की सभी तीन मुख्य कोशिकाएँ - ग्लूटामेट, जीएबीए, और गैर-न्यूरॉन कोशिकाएँ - कॉर्टेक्स के संरचनात्मक पदानुक्रम के साथ सहसंबंधित होती हैं, इसके क्षेत्रों और गहराई में कुछ अधिक प्रचुर मात्रा में होती हैं।

विकास के लिए एक संसाधन

प्राइमेट्स में कॉर्टेक्स का जबरदस्त विस्तार हुआ और इसे अक्सर उच्च अनुभूति के स्थान के रूप में देखा जाता है। एक अन्य विश्लेषण में, टीम ने बंदर के मस्तिष्क मानचित्र की तुलना मौजूदा मस्तिष्क मानचित्र से की माउस और मानव प्राइमेट्स के लिए विशिष्ट नई कोशिका प्रकारों को खोदने के लिए एटलस।

परीक्षण ने प्राइमेट कॉर्टेक्स की चौथी परत में उत्तेजक कोशिकाओं के एक समूह को इंगित किया जो चूहों में अनुपस्थित हैं। कोशिकाएं मस्तिष्क के सामने अत्यधिक केंद्रित थीं - एक ऐसा क्षेत्र जो उच्च अनुभूति का समर्थन करता है - पहले से भाषा, मस्तिष्क के विकास और ऑटिज़्म से जुड़े जीन के साथ।

टीम ने संसाधन को किसी के लिए भी निःशुल्क बना दिया। यह सदियों पुराने सवाल से निपटने के लिए डेटा का एक भंडार प्रदान करता है कि संरचना किस प्रकार बुद्धिमत्ता की ओर ले जाती है - और हमारा मस्तिष्क तंत्रिका संबंधी रोगों में कब, क्यों और कैसे हकलाता है। डॉ. ज़ून जू ने कहा कि परिणाम "मस्तिष्क विज्ञान के क्षेत्र में सफलताओं को बढ़ावा दे सकते हैं, जैसे कि मस्तिष्क-प्रेरित बुद्धि और मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस।"

सभी डेटासेट खुला स्रोत हैं। इसके साथ खेलें यहाँ उत्पन्न करें.

छवि क्रेडिट: मकाक स्थानिक ट्रांस्क्रिप्टोमिक्स एटलस / बीजीआई

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