آخرین مطالب

کاوشگر جدید MRI می تواند عملکردهای درونی مغز را آشکار کند


مغز

اعتبار: CC0 دامنه عمومی

مهندسان بیولوژیک MIT با استفاده از یک کاوشگر جدید برای تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (fMRI)، راهی برای نظارت بر جمعیت‌های منفرد نورون‌ها و نحوه تعامل آنها با یکدیگر ابداع کرده‌اند.

مشابه نحوه تعامل چرخ دنده‌های ساعت به روش‌های خاصی برای چرخاندن عقربه‌های ساعت، بخش‌های مختلف مغز برای انجام وظایف مختلفی مانند ایجاد رفتار یا تفسیر دنیای اطرافمان با هم تعامل دارند. کاوشگر جدید MRI به طور بالقوه می تواند به دانشمندان اجازه دهد تا شبکه های تعاملات را نقشه برداری کنند.

“با fMRI معمولی، ما عملکرد همه چرخ دنده ها را به یکباره می بینیم. اما با تکنیک جدیدمان، می توانیم دنده های فردی را انتخاب کنیم که بر اساس رابطه آنها با دنده های دیگر تعریف می شود و این برای ایجاد تصویری از مکانیسم بسیار مهم است. آلن جاسانوف، استاد مهندسی بیولوژیک، مغز و علوم شناختی، و علوم و مهندسی هسته ای، می گوید.

با استفاده از این تکنیک، که شامل هدف قرار دادن ژنتیکی کاوشگر MRI به جمعیت های خاصی از سلول ها در مدل های حیوانی است، محققان توانستند جمعیت های عصبی درگیر در مداری را شناسایی کنند که به محرک های پاداش دهنده پاسخ می دهد. محققان می گویند که کاوشگر جدید MRI می تواند مطالعات بسیاری از مدارهای مغزی دیگر را نیز امکان پذیر کند.

جاسانوف نویسنده ارشد این مطالعه است که امروز در این مقاله منتشر شده است علوم اعصاب طبیعت. نویسندگان اصلی مقاله دکترای اخیر MIT هستند. دریافت کننده سوپارنو گوش و دانشمند پژوهشی سابق MIT، نان لی.

ردیابی اتصالات

تصویربرداری سنتی fMRI تغییرات جریان خون در مغز را به عنوان نماینده ای برای فعالیت عصبی اندازه گیری می کند. وقتی نورون‌ها سیگنال‌هایی را از نورون‌های دیگر دریافت می‌کنند، هجوم کلسیم را تحریک می‌کند که باعث می‌شود گاز قابل انتشاری به نام اکسید نیتریک آزاد شود. اکسید نیتریک تا حدی به عنوان یک گشادکننده عروق عمل می کند که جریان خون را در ناحیه افزایش می دهد.

تصویربرداری مستقیم از کلسیم می‌تواند تصویر دقیق‌تری از فعالیت مغز ارائه دهد، اما این نوع تصویربرداری معمولاً به مواد شیمیایی فلورسنت و روش‌های تهاجمی نیاز دارد. تیم MIT می خواست روشی ایجاد کند که بتواند بدون آن نوع تهاجمی در سراسر مغز کار کند.

جاسانوف می‌گوید: «اگر می‌خواهیم بفهمیم شبکه‌های سلولی و مکانیسم‌های سراسر مغز چگونه کار می‌کنند، به چیزی نیاز داریم که بتوان آن را در عمق بافت و ترجیحاً در سراسر مغز به طور همزمان تشخیص داد.» روشی که ما برای انجام این کار در این مطالعه انتخاب کردیم، اساسا ربودن پایه مولکولی خود fMRI بود.

محققان یک کاوشگر ژنتیکی ایجاد کردند که توسط ویروس ها ارسال می شود و پروتئینی را کد می کند که هر زمان که نورون فعال است سیگنال ارسال می کند. این پروتئین که محققان آن را NOSTIC (نیتریک اکسید سنتاز برای هدف قرار دادن کنتراست تصویر) نامیدند، شکل مهندسی شده ای از آنزیمی به نام نیتریک اکسید سنتاز است. پروتئین NOSTIC می تواند سطوح کلسیم بالا را که در طول فعالیت عصبی ایجاد می شود، تشخیص دهد. سپس اکسید نیتریک تولید می‌کند که منجر به سیگنال fMRI مصنوعی می‌شود که فقط از سلول‌هایی که حاوی NOSTIC هستند منشعب می‌شود.

کاوشگر توسط ویروسی که به یک محل خاص تزریق می شود، تحویل داده می شود و پس از آن در امتداد آکسون های نورون هایی که به آن محل متصل می شوند حرکت می کند. به این ترتیب، محققان می توانند هر جمعیت عصبی را که به یک مکان خاص تغذیه می کند، برچسب گذاری کنند.

جاسانوف می‌گوید: «وقتی از این ویروس برای تحویل کاوشگر خود به این روش استفاده می‌کنیم، باعث می‌شود که کاوشگر در سلول‌هایی بیان شود که ورودی را به محلی که ویروس را در آن قرار داده‌ایم ارائه می‌دهند. سپس، با انجام تصویربرداری عملکردی از آن سلول‌ها، می‌توانیم شروع به اندازه‌گیری کنیم که چه چیزی باعث می‌شود ورودی به آن ناحیه انجام شود یا چه نوع ورودی به آن منطقه می‌رسد.»

چرخاندن دنده ها

در مطالعه جدید، محققان از کاوشگر خود برای برچسب گذاری جمعیت نورون هایی که به جسم مخطط، منطقه ای که در برنامه ریزی حرکت و پاسخ به پاداش نقش دارد، استفاده کردند. در موش‌ها، آن‌ها توانستند تعیین کنند که کدام جمعیت‌های عصبی در حین یا بلافاصله پس از یک محرک پاداش‌دهنده، ورودی به جسم مخطط ارسال می‌کنند – در این مورد، تحریک عمیق مغزی هیپوتالاموس جانبی، مرکز مغزی که در اشتها و انگیزه نقش دارد، از جمله عملکردهای دیگر. .

یک سوال که محققان در مورد تحریک عمیق مغز هیپوتالاموس جانبی داشته اند این است که تأثیرات آن چقدر گسترده است. در این مطالعه، تیم MIT نشان داد که چندین جمعیت عصبی، واقع در مناطقی از جمله قشر حرکتی و قشر آنتورینال، که در حافظه نقش دارد، به دنبال تحریک عمیق مغز ورودی را به جسم مخطط ارسال می‌کنند.

“این فقط ورودی از محل تحریک عمیق مغز یا از سلول های حامل دوپامین نیست. این اجزای دیگر، هم به صورت دیستال و هم به صورت موضعی، هستند که پاسخ را شکل می دهند، و ما می توانیم به دلیل استفاده از این کاوشگر،” جاسانوف می گوید.

در طول این آزمایش‌ها، نورون‌ها همچنین سیگنال‌های fMRI منظم تولید می‌کنند، بنابراین برای تشخیص سیگنال‌هایی که به طور خاص از نورون‌های تغییر یافته ژنتیکی می‌آیند، محققان هر آزمایش را دو بار انجام می‌دهند: یک بار با پروب روشن و یک بار بعد از درمان با دارویی که مهار می‌کند. کاوشگر با اندازه گیری تفاوت در فعالیت fMRI بین این دو شرایط، آنها می توانند تعیین کنند که به طور خاص چه مقدار فعالیت در سلول های حاوی پروب وجود دارد.

محققان اکنون امیدوارند از این رویکرد، که هموژنتیک نامیده می‌شود، برای مطالعه شبکه‌های دیگر در مغز استفاده کنند و با تلاش برای شناسایی برخی از مناطقی که به دنبال تحریک عمیق مغز ورودی از جسم مخطط دریافت می‌کنند، شروع کنند.

جاسانوف “یکی از چیزهایی که در مورد رویکردی که معرفی می کنیم هیجان انگیز است این است که می توانید تصور کنید که یک ابزار مشابه را در بسیاری از مکان های مغز به کار ببرید و شبکه ای از چرخ دنده های به هم پیوسته را که از این روابط ورودی و خروجی تشکیل شده است، بسازید.” می گوید. “این می تواند به دیدگاه گسترده ای در مورد نحوه عملکرد مغز به عنوان یک کل یکپارچه، در سطح جمعیت های عصبی منجر شود.”


حسگر تخصصی MRI تأثیر انتقال دهنده عصبی را بر فعالیت عصبی در سراسر مغز نشان می دهد


اطلاعات بیشتر:
آلن جاسانوف، تشریح عملکردی مدارهای عصبی با استفاده از گزارشگر ژنتیکی برای fMRI، علوم اعصاب طبیعت (2022). DOI: 10.1038/s41593-022-01014-8. www.nature.com/articles/s41593-022-01014-8

ارائه شده توسط موسسه فناوری ماساچوست

نقل قول: کاوشگر MRI جدید می‌تواند کارهای درونی مغز را آشکار کند (2022، 3 مارس) که در 3 مارس 2022 از https://medicalxpress.com/news/2022-03-mri-probe-reveal-brain.html بازیابی شده است.

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.