Beynin güç kaynağının dijital olarak yeniden yapılandırılması

0
23

[ad_1]

Beynin güç kaynağının dijital olarak yeniden yapılandırılması

Kredi: EPFL – Mavi Beyin Projesi

EPFL Mavi Beyin Projesi, sağlık ve hastalıkta beyin fonksiyonlarını incelemek için yeni bir çerçeve sağlayan Neuro-Glia-Vascular Architecture’ın ilk dijital rekonstrüksiyonunu yarattı. Yayınlanan çalışma, Beyin zarı, önemli bir kilometre taşını temsil ediyor: araştırmacılar artık kan damarları ve glia adı verilen destekleyici hücreler gibi nöronal olmayan varlıkların mimarisini yeniden yapılandırabilirler. Beyin dokusunun bu rekonstrüksiyonları, nöronların nasıl desteklendiğini ve beslendiğini anlamakla ilgili moleküler etkileşimleri simüle etmek için gereken mikron altı kesin bir çerçeve sağlar.

Bu makaleyi okurken, sizin beyin bilgiyi işlemek için nöronları ve gliaları devreye sokuyor. Bu sonuçta, artan enerji üretimine ve bu talebi dengelemek için proksimal damarların çapındaki lokal değişikliklere yol açan nöronal metabolik enerji talebini arttırır. Bu etkilerde rol oynayan beyindeki iki baskın hücre sınıfı, nöronlar ve glia’nın karmaşık yapısal organizasyonu, Nöronal-Glial-Vasküler (NGV) sistemi olarak bilinir. Şimdi, Mavi Beyin bilim adamları, nöronlar, glia ve kan damarları dahil olmak üzere bu sistemin mimarisini ilk kez dijital olarak yeniden yapılandırdılar.

“Blue Brain’in son teknoloji nöral mikro devre modelini kullanarak mikrometre altı çözünürlükte NGV mimarisinin veri odaklı bir dijital rekonstrüksiyonunu oluşturduk (Markram ve diğerleri, 2015). İkincisini edebiyatla birleştirdik ve deneysel veri astrositlerin uzaysal düzenini ve morfolojilerini (gri maddedeki en yaygın glial tip) ve bunların sıçan korteksindeki damar sistemiyle olan ilişkisini yeniden yapılandırmak için” diye açıklıyor baş yazar Eleftherios Zisis. “Bir elektron kullanarak glia şeklini dijital olarak haritaladık” mikroskop ve sonra matematiksel olarak şekillerini yeniden yarattı. Daha sonra morfolojik olarak ayrıntılı 16.000 nöron, 2500 protoplazmik astrosit ve mikro damar sistemi ile 0,2 mm3 sıçan somatosensör kortikal dokusu oluşturduk. Geniş deneysel ölçümler dizisiyle yeniden yapılandırmamızın tutarlılığı, NGV organizasyonunun yeni tahminlerine izin verir. Bu, üst üste binen astrositik mikro bölgelerin anatomik olarak yeniden yapılandırılmasına ve her bir astrositi damar sistemine bağlayan uç ayakların (kan damarlarını saran astrositik terminaller) miktarının belirlenmesine ve ayrıca uç ayakların ne ölçüde kapladığı miktarının ölçülmesine izin verir. kan damarları. Bu, NGV sisteminin nasıl organize edildiğine ve nasıl çalıştığına daha derinlemesine bakabileceğimiz anlamına geliyor. Deneysel kurulumlarla gerçekleştirilmesi genellikle zor olan NGV’nin hem geometrik hem de işlevsel yönlerinin eşzamanlı ölçümlerini gerçekleştirebildik” diye bitiriyor.

Seyrek deneysel verilerden siliko rekonstrüksiyonu

Seyrek deneysel veriler bilim için süregelen bir sorundur ve astrositlerin deneysel olarak yeniden yapılandırılması özellikle zor ve pahalıdır; bu nedenle topluluk, tam devreler oluşturmak için gereken hücre sayısını kolayca elde edemez – yeniden yapılandırılacak beyin bölgesinin boyutuna bağlı olarak binlerce ila milyonlarca hücre gerektirebilecek devreler. Mavi Beyin, nöronların dallanma yapısını tanımlamak için topolojiyi kullanan yeni bir matematiksel yaklaşım geliştirmiştir.Kanari ve diğerleri) ve bu yaklaşımı, her astrositik alan için binlerce benzersiz astrositik morfoloji oluşturmak için çok daha ince dallara sahip astrositlere uyguladık, böylece yetersiz deneysel veri sorununu çözdük.

Blue Brain’in Moleküler Sistemler ekibinin lideri Daniel Keller, “Nöral doku istatistiklerini bir araya getirerek, astrositlerin beyinde nasıl organize edildiğine dair tutarlı bir resim ortaya çıkıyor” diyor. “Bulgularımızı paylaşmanın, deneycileri yaklaşımları için hangi tür verilerin en yararlı olduğunu anlamaya motive edeceğini ve yeni verilerin nasıl dahil edilebileceğine dair bir çerçeve sağlayacağını umuyoruz. Biyolojik uygunluğu sağlamak için, NGV devresi anatomik olarak bildirilen değerlere karşı doğrulandı. kaç astrosit olduğundan tek astrositlerin yapısına kadar farklı ayrıntı seviyelerinde çalışmalar ve deneysel ölçümler.”

In silico yaklaşım, bilimsel keşif maliyetlerini ve süresini en aza indirir

NGV’nin siliko anatomik rekonstrüksiyonlarındaki Mavi Beyin, deneysel ölçümlerin yerini almayı değil, bilimsel keşifler için gereken maliyetleri ve zamanı en aza indirmeyi amaçlıyor. Algoritmik olarak oluşturulmuş NGV devreleri, beynin karmaşıklığına bir büyüteç görevi görebilir ve bilim adamlarının hücrelerin geometrisini ve topolojisini ve bağlantılarını keşfetmelerine olanak tanır. Ayrıca, her biri beyin anatomisindeki organizasyonel değişiklikleri yansıtan farklı parametrelere sahip çoklu NGV devrelerinin oluşturulması, anatomik ilkelerin ve geometrik kısıtlamalarının daha iyi anlaşılmasına olanak sağlayabilir. Bu bilgiler sayesinde bilim insanları daha odaklı deneyler geliştirerek zamandan ve maliyetten tasarruf edebilir.

Ayrıca, çalışma, NGV mimarisinin in silico devresinin, varlıklarının hem kompozisyon (yoğunluklar, kablolama, yüzey alanları ve hacim) hem de organizasyonel (bağlantılar, mesafe dağılımları, korelasyonlar) yönlerini eşzamanlı olarak ölçebildiğini ve ayrıca soruları araştırdığını gösterdi. hücre tipi bileşiminin incelikleri ve bunların hesaplama kapasitesiyle ilişkisi ile ilgili.

İlaç dağıtımı ve nörodejeneratif hastalıklarla ilgili araştırmalar için kolaylaştırıcı

Blue Brain Kurucusu ve Direktörü Prof. Henry Markram, “Patolojileri ve hangi tedavilerin geliştirilebileceğini anlamaya başlamak için NGV sisteminin anatomisinin çok yüksek çözünürlüklü bir görünümüne ihtiyaç vardır” diyor. “İlaç dağıtım araştırması, ilaçlar ve moleküller arasındaki etkileşimleri ve kısıtlı alanlarda moleküllerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini inceler. Bu Mavi Beyin modeli, biyofiziksel modeller için nöronlar, glia ve damarlar arasındaki karşılıklı konuşmayı keşfetmeye yönelik yapısal bir temel sağlar. daha önce mümkün değildi.”

Benzer şekilde, Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklarla ilgili araştırmalar, morfolojisi, sağlıklı beyinlere kıyasla dallanma, örtüşme ve çoğalmalarındaki varyasyonlarla tamamen dönüştürülen reaktif astrositleri hedefler. Her iki durumda da, bu veri odaklı yaklaşım, daha fazla deneysel veri elde edildikçe, yeni biyofiziksel modeller yayınlandıkça ve yeni sorular ortaya çıktıkça artan iyileştirmelere izin veriyor” diye özetliyor.

NGV’nin yapısal temellerinin yeniden yapılandırılmasını kullanarak, Blue Brain için bir sonraki adım, NGV topluluğu içinde meydana gelen metabolik süreçlerin yanı sıra NGV bileşenlerinin aracılık ettiği kan akışının modülasyonunu simüle etmektir; Mavi Beyin NGV portalı.


Beynin enerjisini modellemek


Daha fazla bilgi:
Eleftherios Zisis ve diğerleri, Nöro-Glia-Vasküler Mimarinin Dijital Yeniden Yapılandırılması, Beyin zarı (2021). DOI: 10.1093/cercor/bhab254

Alıntı: Beynin güç kaynağının dijital bir rekonstrüksiyonu (2021, 15 Kasım), https://medicalxpress.com/news/2021-11-digital-reconstruction-brain-power-source.html adresinden alındı.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.



[ad_2]

Source link

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz