ملخص: أنشأ الباحثون أطلسًا ثلاثي الأبعاد لدماغ الفأر النامي، والذي يوفر رؤية ديناميكية وعالية الدقة لهياكل الدماغ خلال المراحل الجنينية وما بعد الولادة. تسمح الأداة الجديدة للعلماء بفحص كيفية تشكل خلايا الدماغ، مثل الخلايا العصبية GABAergic، المرتبطة بالاضطرابات العصبية، وتفاعلها أثناء النمو.

من خلال دمج التصوير بالرنين المغناطيسي والفحص المجهري للصفائح الضوئية، يوفر الأطلس إطارًا مرجعيًا لدراسة اضطرابات النمو العصبي وتطوير أبحاث علم الأعصاب. الأطلس متاح على الإنترنت، مما يوفر إمكانية الوصول العالمي إلى هذا المورد الأساسي لأبحاث الدماغ.

حقائق أساسية:

• يرسم الأطلس ثلاثي الأبعاد سبع مراحل من نمو الدماغ لدى الفئران.
• يراقب أطلس الخلايا العصبية GABAergic، وهو أمر مهم في اضطرابات مثل التوحد والفصام.
• فهو يوفر للباحثين أداة تفاعلية مجانية لاستكشاف النمو العصبي.

مصدر: ولاية بنسلفانيا

تم إنشاء أطلس ثلاثي الأبعاد لأدمغة الفئران باستخدام تقنيات التصوير والمجهر المتقدمة من قبل باحثين ومتعاونين من كلية الطب في ولاية بنسلفانيا من خمس مؤسسات مختلفة.

يوفر هذا الأطلس الجديد الصورة الأكثر ديناميكية بزاوية 360 درجة لدماغ الثدييات بأكمله أثناء تطوره في المراحل الجنينية ومراحل ما بعد الولادة المباشرة، ويعمل كمرجع مشترك وإطار تشريحي لمساعدة الباحثين على فهم تطور الدماغ ودراسة اضطرابات النمو العصبي.

اليوم (21 أكتوبر) نشروا أعمالهم التواصل الطبيعي.

وقال يونجسو كيم، الأستاذ المشارك في علم الأعصاب والعلوم السلوكية في كلية الطب بولاية بنسلفانيا والمؤلف الرئيسي: “الخرائط هي بنية تحتية أساسية لتطوير المعرفة، لكننا نفتقر إلى أطلس ثلاثي الأبعاد عالي الدقة للدماغ النامي”. ورق.

“نحن نقوم بإنشاء خرائط عالية الدقة يمكن استخدامها لفهم كيفية تطور الدماغ في ظل الظروف الطبيعية وما يحدث عندما يظهر اضطراب في الدماغ.”

الأطالس الجغرافية عبارة عن مجموعات من الخرائط التي تقدم عرضًا تفصيليًا لجغرافية الأرض، بما في ذلك الحدود بين المناطق والبلدان، والميزات مثل الجبال والأنهار، والطرق مثل الطرق والطرق السريعة. والأهم من ذلك أنها توفر فهمًا عامًا يسمح للمستخدمين بالإشارة إلى مواقع محددة وفهم العلاقة المكانية بين المناطق.

وبالمثل، فإن أطلس الدماغ أساسي لفهم بنية الدماغ. إنها تساعد الباحثين على فهم كيفية تنظيم الدماغ مكانيًا وكيفية بنية الدماغ ووظيفته وكيفية ارتباط المناطق والخلايا العصبية المختلفة. وقال كيم إنه في السابق، كان العلماء يقتصرون على اللقطات ثنائية الأبعاد القائمة على الأنسجة، مما جعل من الصعب تفسير المناطق التشريحية في ثلاثة أبعاد والتغيرات التي يمكن أن تحدث.

في السنوات الأخيرة، حدث تقدم هائل في تقنيات تصوير الدماغ بالكامل، مما يسمح للباحثين بمشاهدة الدماغ بأكمله بدقة عالية وإنشاء مجموعات بيانات ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق. ولتحليل هذه البيانات، أوضح كيم، أن العلماء أنشأوا أطالس مرجعية ثلاثية الأبعاد لدماغ الفأر البالغ، وهو نموذج لدماغ الثدييات.

توفر الأطالس إطارًا تشريحيًا عالميًا يسمح للباحثين بتراكب مجموعات البيانات المختلفة وإجراء تحليلات مقارنة. ومع ذلك، لا يوجد مثيل في دماغ الفأر النامي، الذي يخضع لتغيرات سريعة في الشكل والحجم خلال المراحل الجنينية وما بعد الولادة.

وقال كيم: “بدون هذه الخريطة ثلاثية الأبعاد للدماغ النامي، لا يمكننا دمج البيانات من الدراسات ثلاثية الأبعاد المتنامية في بنية مكانية متسقة أو تحليل البيانات بطريقة متسقة”. وبعبارة أخرى، فإن عدم وجود خرائط ثلاثية الأبعاد يعيق تقدم أبحاث علم الأعصاب.

أنشأ فريق البحث بنية إحداثية عامة ثلاثية الأبعاد متعددة الوسائط لدماغ الفأر في سبع نقاط زمنية تنموية – أربع نقاط خلال الفترة الجنينية وثلاث نقاط خلال مرحلة ما بعد الولادة مباشرة. وباستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، التقطوا صورًا للشكل العام وبنية الدماغ.

ثم استخدموا المجهر الفلوري للصفائح الضوئية، وهي تقنية تصوير تتيح رؤية الدماغ بأكمله بدقة خلية واحدة. ثم تمت مطابقة هذه الصور عالية الدقة مع شكل قوالب التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد. قام الفريق بجمع عينات من ذكور وإناث الفئران.

ولتوضيح كيفية استخدام الأطلس لتحليل مجموعات البيانات المختلفة وتتبع كيفية ظهور أنواع الخلايا الفردية في الدماغ النامي، ركز الفريق على الخلايا العصبية GABAergic، وهي خلايا عصبية تلعب دورًا رئيسيًا في التواصل في الدماغ. وقد تورط هذا النوع من الخلايا في الفصام والتوحد والاضطرابات العصبية الأخرى.

على الرغم من أن العلماء قد درسوا الخلايا العصبية GABAergic في الجزء الخارجي من الدماغ الذي يسمى القشرة، إلا أنه لا يُعرف سوى القليل عن كيفية تطور هذه الخلايا في جميع أنحاء الدماغ أثناء النمو، حسبما أفاد الباحثون.

قد يكون فهم كيفية تشكل هذه المجموعات من الخلايا في الظروف الطبيعية أمرًا أساسيًا لتقييم ما يحدث عندما يحدث خطأ ما.

لتسهيل التعاون وتحقيق المزيد من التقدم في أبحاث علم الأعصاب، أنشأ الفريق نسخة متاحة للجمهور ومجانية على شبكة الإنترنت. والهدف من ذلك هو تقليل العوائق التقنية التي تحول دون وصول الباحثين في جميع أنحاء العالم إلى هذا المورد بشكل كبير.

وقال كيم: “إنه يوفر خارطة طريق لدمج البيانات المتنوعة – الجينية، والتصوير العصبي، والمجهري، والمزيد – في بنية تحتية واحدة للبيانات. وهذا سيدفع التطور التالي لأبحاث الدماغ المدفوعة بالتعلم الآلي والذكاء الاصطناعي”.

من بين المؤلفين الآخرين في كلية الطب في ولاية بنسلفانيا الذين شاركوا في هذه الورقة: فاي كرونمان، طالبة دراسات عليا مشتركة في برنامج تدريب العلماء الطبيين الحاصلين على درجة الدكتوراه/الدكتوراه؛ جوزفين ليوانج، طالبة دكتوراه؛ وريبيكا بيتي، أخصائية تكنولوجيا الأبحاث؛ دانييل وانزيلو، مدير برنامج الأبحاث؛ وستيفي مانجيلا، باحثة في الدراسات العليا؛ جينيفر مينتير، خبيرة تكنولوجيا الأبحاث؛ ودونغوي شين، خبير تكنولوجيا الأبحاث؛ روغان باتيل، طالب؛ وكيث تشينج، أستاذ متميز في قسم علم الأمراض.

ونيكولاس داستيسون في كلية الطب بجامعة فيرجينيا؛ وأشوين بانديوات وليديا إنج في معهد ألين لعلوم الدماغ؛ سونغ هيون لي وجيانغيانغ جانغ في كلية الطب بجامعة نيويورك غروسمان؛ وجيفري دودا وجيمس كي في جامعة بنسلفانيا؛ وجيان شو، ويينجكسي لين في المركز الطبي الجنوبي الغربي بجامعة تكساس؛ لويس بويلز في جامعة مورسيا؛ ويوان تينغ وو، عالم أبحاث سابق في ولاية بنسلفانيا وحاليًا عالم مشروع في مركز سيدارز سيناي الطبي.

تمويل: تم دعم هذا العمل من خلال مبادرة أبحاث الدماغ للنهوض بالتقنيات العصبية المبتكرة (BRAIN) من خلال منح المعاهد الوطنية للصحة RF1MH12460501، وR01NS108407، وR01MH116176، وR01EB031722.

أخبار أبحاث تنمية الدماغ حول هذا الموضوع

مؤلف: كريستين يو
مصدر: ولاية بنسلفانيا
اتصال: كريستين يو – ولاية بنسلفانيا
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“العمارة التكاملية العامة لدماغ الفأر النامي” يونجسو كيم وآخرون. التواصل الطبيعي

ملخص

العمارة التكاملية العامة لدماغ الفأر النامي

تعد أطالس الدماغ ثلاثية الأبعاد موارد مهمة لفهم التنظيم المكاني للدماغ وتحسين إمكانية التشغيل البيني عبر الدراسات المختلفة. ومع ذلك، على عكس دماغ الفأر البالغ، فإن عدم وجود أطالس مرجعية ثلاثية الأبعاد لدماغ الفأر النامي قد أعاق التقدم في فهم تطور الدماغ.

نقدم هنا إطار تنسيق مشترك تنموي ثلاثي الأبعاد (DevCCF) يغطي اليوم الجنيني (E)11.5، E13.5، E15.5، E18.5، ويوم ما بعد الولادة (P)4، P14، وP56. تم إنشاء قوالب الأطلس من التصوير بالرنين المغناطيسي وقوالب الفحص المجهري الفلوري ذات الدقة العالية المسجلة بشكل مشترك.

يمكن تنزيل DevCCF مع المقاطع التشريحية ثلاثية الأبعاد أو استكشافها من خلال تصور الويب التفاعلي ثلاثي الأبعاد. كحالة تطبيقية، نستخدم DevCCF للكشف عن تعبير الخلايا العصبية GABAergic في الدماغ الجنيني. علاوة على ذلك، نقوم بتعيين Allen CCFv3 وبيانات نوع الخلية النصية المكانية إلى أطلس P56 التجسيمي الخاص بنا.

باختصار، يعد DevCCF موردًا متاحًا بشكل مفتوح لدمج بيانات الدراسات المتعددة لتعزيز فهمنا لنمو الدماغ.