آخرین مطالب

شبکه عصبی بینش جدیدی را در مورد نحوه عملکرد مغز نشان می دهد


شبکه عصبی بینش جدیدی را در مورد نحوه عملکرد مغز نشان می دهد

تجزیه و تحلیل معماری لایه های مورفولوژیکی مغز با استفاده از STANN اعتبار: نویسندگان/سیستم های سلولی، 2021.

برای درک بهتر عملکرد یک اندام پیچیده مانند مغز، دانشمندان تلاش می‌کنند تا هم معماری دقیق سلولی و هم ارتباطات بین سلولی را که در درون آن اتفاق می‌افتد، درک کنند.

در کالج پزشکی بیلور، دکتر ابوالحسن سامی و همکارانش گام بزرگی در این راستا برداشته اند. آنها روش‌های محاسباتی پیشرفته‌ای را توسعه دادند که منجر به بینش‌های جدیدی در مورد پیچیدگی‌های ساختار و عملکرد مغز شد که ممکن است درک این اندام پیچیده را هم در سلامت و هم در بیماری افزایش دهد.

سامی، نویسنده مسئول، استادیار فیزیولوژی مولکولی و می گوید: “در حال حاضر، ما فناوری هایی داریم که به ما امکان می دهد سلول های فردی را در یک بافت شناسایی و مکان یابی کنیم. ما همچنین می توانیم محصولات تولید شده توسط هر سلول در آن بافت را تعیین کنیم.” بیوفیزیک و عضو مرکز ترمیم و نوسازی اندام در بیلور.

مغز پستانداران پیچیده است و از چند میلیون تا صدها میلیارد سلول تشکیل شده است و وقتی تجزیه و تحلیل شود، حجم وسیعی از داده تولید می شود. چالش توسعه راه هایی برای ادغام اطلاعات در آن مجموعه داده ها برای تولید مدلی است که به طور قابل اعتمادی نحوه عملکرد یک اندام را منعکس کند.

در مطالعه کنونی، سامی با فرانسیسکو خوزه گریسانتی کانوزو، نویسنده اول اثر، و دکتر جیمز مارتین، هر دو با بیلور و موسسه قلب تگزاس، و ژن زو، همچنین با بیلور، برای توسعه یک مدل شبکه عصبی برای روشن شدن، همکاری کرد. جنبه های معماری و عملکردی بافت های پیچیده آنها مدل را به نام Spatial Transcriptomics cell-types Assignment با استفاده از شبکه های عصبی (STANN) نامیده اند.

سامی گفت: ما همچنین از روش‌های محاسباتی پیشرفته و پیچیده دیگری استفاده کردیم که مدل را دقیق‌تر می‌کند. ما STANN و روش‌های دیگر را روی مجموعه داده‌های مغز موجود در لامپ بویایی موش اعمال کردیم و شروع به مشاهده الگوهای بسیار جالب در معماری سلولی و عملکرد مغز کردیم.

مغز از لایه های مورفولوژیکی متمایز تشکیل شده است و STANN به محققان این امکان را داد تا تصویری دقیق از سازمان سلولی خود را پیش بینی کنند. سامی گفت: «لایه به لایه، مدل ما مکان دقیق انواع سلول‌های مختلف را ارائه می‌کند، اینکه آیا آنها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند یا نه. “این یک “لحظه یورکا” برای ما بود.”

سامی و همکارانش تشخیص دادند که ترکیب نوع سلولی در یک لایه مورفولوژیکی کاملاً سازگار است. به عنوان مثال، یک لایه خاص ممکن است دارای درصد مشخصی از آستروسیت ها، نورون ها و میکروگلیا باشد که در سراسر همان لایه یکسان باقی می ماند. سمعی توضیح داد: اگر چندین بخش کوچک را از مناطق مختلف یک لایه مورفولوژیکی بگیریم، این درصدها بسیار شبیه یکدیگر به نظر می رسند، اما ممکن است درصدها از یک لایه به لایه دیگر تغییر کنند.

تیم زمانی که به کولوکالیزاسیون سلولی نگاه کردند، الگوی متفاوتی را مشاهده کردند. سمعی توضیح داد: “به عنوان مثال، در یک ناحیه از یک لایه مورفولوژیکی، ممکن است آستروسیت‌ها را با نورون‌های بویایی مشاهده کنیم. اما در ناحیه دیگری از همان لایه مورفولوژیکی، این سلول‌ها را می‌توان به طور کامل جدا کرد.” ما همچنین می بینیم که ارتباط بین سلولی بین دو نوع سلول در نواحی مختلف یک لایه مورفولوژیکی تغییر می کند، این بازتابی است که شبکه های تنظیم کننده ژن با مکان تغییر می کنند.

محققان فرض می کنند که لایه های مورفولوژیکی مغز دارای جوامع محلی متفاوت از انواع سلولی هستند. جوامع از نظر ترکیب نوع سلولی مشابه هستند، اما تفاوت‌های زیادی در نحوه هم‌زبانی و ارتباط انواع سلولی در یک جامعه وجود دارد. این نشان می‌دهد که انواع سلول‌های مغزی دارای زیرگروه‌های محلی هستند که عملکردهای مکان خاصی را انجام می‌دهند.

سامی گفت: «این دیدگاه دقیق جدید از سازماندهی مغز در سطوح تک سلولی و عملکردی قبلاً شرح داده نشده بود.

همکار گفت: “رویکرد مدل شبکه عصبی که ما در این کار ایجاد کرده‌ایم یک “راهنمای دستورالعمل” را برای سایر محققان ارائه می‌کند تا از آن برای مطالعه سایر نواحی مغز یا سایر اندام‌ها، مانند قلب، مورد علاقه اصلی آزمایشگاه من استفاده کنند. نویسنده مارتین، نایب رئیس و استاد فیزیولوژی مولکولی و بیوفیزیک، ویویان ال. اسمیت کرسی در پزشکی احیاکننده و مدیر مرکز ترمیم و تجدید اعضا در کالج پزشکی بیلور. مارتین همچنین مدیر آزمایشگاه نوسازی کاردیومیوسیت در موسسه قلب تگزاس است.

این مطالعه در منتشر شد سیستم های سلولی.


رویکرد جدید درک شکل گیری نورون های جدید در مغز بالغ پستانداران را بهبود می بخشد


اطلاعات بیشتر:
فرانسیسکو خوزه گریسانتی کانوزو و همکاران، مدل‌سازی نوع سلولی در داده‌های رونویسی فضایی، کولوکالیزاسیون متغیر مکانی و ارتباط بین انواع سلولی در مغز موش را روشن می‌کند. سیستم های سلولی (2021). DOI: 10.1016/j.cels.2021.09.004

ارائه شده توسط کالج پزشکی بیلور

نقل قول: شبکه عصبی بینش های جدیدی را در مورد نحوه عملکرد مغز نشان می دهد (2021، 22 دسامبر) در 22 دسامبر 2021 از https://medicalxpress.com/news/2021-12-neural-network-reveals-insights-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.