Sinai Health’teki araştırmacılar, bir hayvanın beyninin yaşamı boyunca nasıl değiştiğini izlemek için küçük bir solucan kullandı ve insan beyninin nasıl geliştiğine yeni bir ışık tuttu.
Sina Health’deki Lunenfeld-Tanenbaum Araştırma Enstitüsü’nden (LTRI) bilim adamları, bugün Nature’da yayınlanan yeni araştırmada, nematod solucanı Caenorhabditis elegans veya C. elegans‘ın beyninde yeni bağlantıların nasıl kurulduğuna dair dört temel model tanımlıyor.
Bu, tüm bir beynin yapısının doğumdan yetişkinliğe kadar tüm gelişim aşamaları boyunca çıkarsandığı ve karşılaştırıldığı ilk seferdir. Bu yeni bulguların, beynin gelişimsel olgunlaşmasının gerçekleşmesine izin veren temel kurallar için güçlü etkileri var.”
Dr. Mei Zhen, Kıdemli Araştırmacı, Lunenfeld-Tanenbaum Araştırma Enstitüsü
Zhen ve meslektaşları, yaşla birlikte nasıl değiştiğini öğrenmek için sekiz C. elegans bireyinin tam beynini yeniden yapılandırmak için son teknoloji elektron mikroskoplarını kullandılar. C. elegans nispeten basit bir organizma olmasına rağmen, gelişimini kontrol eden moleküler sinyallerin çoğu, insanlar gibi daha karmaşık organizmalarda da bulunur. Ayrıca sadece iki haftalık kısa bir yaşam döngüsüne sahipler, bu da gelişimlerini incelemek için faydalı olmasını sağlıyor.
Dr. Zhen, ‘Her nöron için her bağlantıyı inceledik ve hayvanlar yaşlandıkça birçok yeni bağlantının eklendiğini gördük’ dedi. ‘Bu bağlantıları bir hesaplama ağındaki teller gibi analiz ettiğimizde, yeni eklemelerin kalıpları takip ettiğini ve bunların toplu değişikliklerinin tek bir amaca hizmet ettiğini keşfettik – etkili bilgi işleme.’
C. elegans’ın ilk nöron sarmal haritası, John White ve MRC Cambridge’deki meslektaşları tarafından 30 yıldan uzun bir süre önce oluşturuldu ve bu, bazıları farklı gelişim çağındakiler de dahil olmak üzere birkaç farklı solucandan alınan kısmi haritaların bir bileşimiydi.
Dr. LTRI’deki Zhen laboratuvarında eski bir doktora öğrencisi olan Daniel Witvliet, Harvard’ın Beyin Enstitüsü’nden Drs. Aravi Samuel & Jeff Lichtman ile araştırmayı birlikte yaptılar.
Solucanın beyin yapısının hem tek sinaps çözünürlüğünde hem de bir bütün olarak geometri düzeyinde nasıl değiştiğine baktılar ve yenidoğan beynindeki birkaç yapısal özelliğin, onların olgun beynin bağlantı modellerini doğru bir şekilde tahmin etmelerine izin verdiğini keşfettiler.
‘Araştırmamız, beynin farklı bölümlerinin farklı derecelerde esnekliğe sahip olduğunu gösteriyor’ diyor Dr. Zhen. ‘Beynin hangi bölümünün daha fazla plastisiteye sahip olduğunu bilmek, bilim adamlarının beynin gelişimi sırasında hastalıklara karşı genetik zayıflıkların üstesinden gelmek için stratejiler geliştirmelerine yardımcı olabilir. Bilimsel öncülerimizin mirasını sürdürmekten gurur duyuyoruz.’
Araştırmacılar, beynin gelişiminin bazı temel modellerini belirlerken, her bir beyni benzersiz kılan önemli bağlantı farklılıklarını da keşfettiler.
Dr. Zhen, farklı nöronlar arasında tutarlı sarmal değişiklikleri fark ettiklerini, her değişikliğin mevcut bağlantıların gücünü değiştirdiğini ve sırayla yeni bağlantılar oluşturduğunu ve nihayetinde bilginin işlenme şeklini değiştirdiğini söyledi. Geliştirme süreci boyunca araştırmacılar, duyusal ve motor yollarının büyük ölçüde yeniden modellendiği merkezi karar verme devrelerinin korunduğunu buldular.
Kaynak
Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute
Witvliet, D., et al. (2021) Connectomes across development reveal principles of brain maturation. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03778-8.
