Bilim İnsanları Maymun Korteksinin Şimdiye Kadarki En Eksiksiz Haritasını Açıkladı

Çinli bilim adamları tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, makak maymunu korteksinin bugüne kadarki en eksiksiz atlasını oluşturdu. Beynin en dış katmanı olan korteks, değerli bilişsel işlevlerimizin çoğunu barındırır: akıl yürütme, karar verme ve sürekli değişen ortamlara anında uyum sağlama yeteneği.

Diğer hayvanlarla karşılaştırıldığında, primatların -insanlar dahil- büyük ölçüde genişlemiş bir korteksleri vardır. Bilim adamları, uzun süredir beynimize karmaşık hesaplamaları yönetme yeteneği veren şeyin bu evrimsel tuhaflık olduğunu düşündüler.

Ama nasıl?

Sır, korteksin birçok hücre tipinde ve nasıl organize olduklarında gizli olabilir. Biyolojide anahtar bir tema, "yapı işlevi belirler" dir. Sıfırdan bir bilgisayar oluşturmak gibi, her bileşen ve yerleşimi ve kablolaması performansı değiştirebilir.

Maymun korteksindeki her hücrenin kesin konumunun kataloglanması, primat korteksini bir hesaplama gücü merkezi yapan kuralların şifresini çözmeye ve belki de dijital olarak yeniden oluşturmaya yardımcı olabilir.

Çalışma, yayınlanan in Hücre, ayrıca beyin haritalaması için nispeten yeni bir araçtan yararlandı. İsminde Stereo dizi, teknoloji, her hücrenin konumuna yeni bir veri katmanı ekleyerek, aynı anda birden fazla hücreden genetik bilgiyi (transkriptom) çıkarır.

Ekip, yaklaşık 500 genin aktivitesini kaydederek her hücre için moleküler bir parmak izi oluşturdu. Daha sonra, yüksek dozda yapay zeka sayesinde, 1.5 bölgeden yaklaşık 143 milyon hücreyi farklı hücre tiplerine göre sınıflandırdılar ve korteksteki konumlarının haritasını çıkardılar.

Proje şimdiden bazı öngörüler sağladı. Beyin hücreleri gruplar halinde hareket etme eğilimindedir. Bazı türler, yerel sinir ağları oluşturduklarını öne sürerek, belirli diğer hücrelerin arkadaşlığını tercih eder. Genel beyin aktivitesini artıran veya azaltan nöronlar da sayıları kortikal bölgeler ve derinlik arasında değişen tercih edilen noktalara sahiptir.

Ayrıca, bir fare beyni atlası ile karşılaştırıldığında, yeni harita, korteksin bir katmanında bir araya toplanmış primatlara özgü birkaç hücre tipi buldu.

"Beynin hücre bileşimi ve mekansal dağılımı, beyin biliminin temel konularıdır ve önemi, insan genom dizilimi tarafından keşfedilen DNA baz dizisine benzer." şuraya Çin Bilimler Akademisi'nden çalışma yazarı Dr. Chengyu Li. Makak serebral korteksi bizimkine benziyor ve bu çalışma türünün en eksiksiz haritasını sunuyor.

Esrarengiz Sinirsel Kek

Korteks, farklı tipte nöronlar ve diğer beyin hücreleriyle dolu altı katmanlı ayrıntılı bir yapıdır.

Nöronlar genellikle gösterinin yıldızıdır: Elektrikle etkinleştirilen bu hücreler, bilgiyi işlemek için sinir ağlarına bağlanır. İki ana tip, beynin genel aktivite seviyesini dengelemeye yardımcı olur. Glutamaterjik hücreler uyarıcıdır ve beynin hesaplamasını hızlandırır. GABAerjik hücreler inhibitördür, ağ aktivitesini düşürür.

Nöral olmayan hücreler resmi tamamlar. Bazıları beyni enfeksiyonlardan korumaya yardımcı olur. Diğerleri nöral metabolizmayı destekler ve moleküler atıkları temizler. Yan karakterler değiller: Son araştırmalar, erken gelişimde sinir ağlarının şekillenmesinde ve Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklarla mücadelede kritik bir rol oynadıklarını gösteriyor.

Yeni çalışma esas olarak bu beyin hücrelerine odaklandı.

Dilimleniyor ve kesiliyor

Ekip, üç yetişkin erkek makak maymununun beyinlerini analiz etti. Altı milyardan fazla hücreyle, beyinleri evrimsel olarak bizimkine yakın.

Başlamak için ekip, birkaç uzman kesimle beyni önden arkaya dikkatlice dilimledi. Her bir hücrenin genetik profilini sıralamak için kabaca yazıcı kağıdı kalınlığında olan bir tanesi kullanıldı.

Uzamsal bütünlüğü korumak için daha kalın bloklara bitişik olan diğer dilimler daha da inceydi. Ekip, bunların yarısına, nöronların dışını süsleyen proteinleri yakalayan, karanlıkta parlayan bir boya ekledi. Bu adım, korteksteki farklı anatomik konumların tespit edilmesini kolaylaştırır.

İkinci grup ultra ince dilimlerin genetik verileri yeni Stereo-seq aracıyla çıkarıldı. Bu adımı bir dijital kamera gibi düşünün, ancak pikselleri yakalamak yerine, her hücreden haberci RNA (mRNA) biçimindeki gen ifade verilerini yakalar. Ortaya çıkan "transkriptom", herhangi bir anda herhangi bir hücre için tüm aktif genlerin anlık görüntüsüdür.

Buradaki amaç, her hücrenin fiziksel konumu hakkındaki bilgileri korurken her hücrenin transkriptomunu görüntülemektir. Bir kamera sensörü gibi, süreç kabaca iki pul büyüklüğünde bir silikon çip ile başlar. Yeni tasarlanan çip, panoramik moddaki bir telefon gibi önceki yinelemelerden çok daha geniş bir görüş alanına sahiptir ve daha büyük beyin bölgelerinin taranmasını kolaylaştırır.

Her bir çipte, mRNA'yı yakalayacak 2D DNA nano topları dizileri noktalı. Ekibin bir transkriptom parmak izini konakçıyla eşleştirmesine yardımcı olmak için hücre zarları boyalarla boyandı.

Ekip, birden çok yapay zeka algoritması kullanarak tüm bu veri kümelerini dünyanın ilk üç boyutlu, tek hücreli makak korteks atlasına dönüştürdü. Her hücre tipi, hücrelerin korteks boyunca nasıl farklılaştığını gösteren üç seviyeli bir taksonomi ile birlikte haritada detaylandırılmıştır.

Örneğin, kortekste ikinci ve üçüncü katmanlardaki bir tür uyarıcı nöron, beyindeki stres sinyali için bir "ana düzenleyici" geni ifade eder. Beynin ana hücrelerinin üçü de - glutamat, GABA ve nöron olmayan hücreler - korteksin yapısal hiyerarşisiyle ilişkilidir ve bazıları bölgeleri ve derinliklerinde daha fazladır.

Evrim İçin Bir Kaynak

Korteks, primatlarda muazzam bir şekilde genişledi ve genellikle daha yüksek bilişin merkezi olarak görülüyor. Başka bir analizde ekip, maymun beyni haritasını mevcut beyin haritalarıyla karşılaştırdı. fare ve insan primatlara özgü yeni hücre türlerini ortaya çıkarmak için atlaslar.

Test, farelerde bulunmayan primat korteksinin dördüncü katmanında bulunan bir uyarıcı hücre grubunu saptadı. Hücreler, daha önce dil, beyin gelişimi ve otizmle bağlantılı genlerle beynin ön tarafında (daha yüksek bilişi destekleyen bir alan) yüksek oranda yoğunlaşmıştı.

Ekip, kaynağı herkes için ücretsiz hale getirdi. Yapının zekaya nasıl yol açtığı ve nörolojik hastalıklarda beynimizin ne zaman, neden ve nasıl kekelediğine dair asırlık sorunun üstesinden gelmek için bir veri bolluğu sağlar. Dr. Xun Xu, sonuçların "beyinden ilham alan zeka ve beyin-bilgisayar arayüzleri gibi beyin bilimi alanındaki atılımları da destekleyebileceğini" söyledi.

Veri setinin tamamı açık kaynaklıdır. Onunla oyna okuyun.

Resim Kredi: Makak Mekansal Transkriptomik Atlası / BGI

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/07/14/scientists-just-unveiled-the-most-complete-brain-map-of-the-monkey-cortex/