Beyin Sistemi Gelişimi

Tanım

Tokyo Üniversitesi tarafından yürütülen bir uluslararası araştırmada beyin sistemi gelişimi modellendi. Kök hücrelerden elde edilen nöronları kullanarak, kortikala benzeyen sfreoidler büyüttüler. Bir mikro alette, sfreoidler birbirlerine doğru akson düğümleri uzatarak fiziksel ve elektriksel bir iletişim oluşturmaya başladılar. Fasiküller, bir sfreoid eksik olduğunda ya da beyin sistemi oluşumuyla ilişkili bir gen yıkıldığında daha az verimli büyüdüler. Çalışmanın devamı beyin gelişimini ve gelişim bozukluklarını aydınlatıyor. 

Giriş

İnsan zekasını yaratmak çok fazla iletişim gerektiriyor. Beyin işlevleri, beynin içindeki birçok bölgenin iletişime geçmesine dayanıyor. Bu iletişimin nasıl mümkün olduğunu ve nasıl olmadığını çalışmak için Tokyo Üniversitesi tarafından yürütülen bir uluslararası araştırmada, laboratuvarda çalışan bir beyin sistemi modellemesi geliştirildi.

Korteks, konuşma başlatma ile devam ettirme, hareket ve görüş gibi belirli rolleri olan nöronlardan oluşan bölgelere bölünmüştür. Bu merkezi alanlar, akson adı verilen, nöron hücrelerinin uzun ve ince uzantılarından oluşan düğümlerden meydana gelen beyin sistemi ile iletişime geçerler. Üniversitenin Endüstriyel Bilim Enstitüsü tarafından yürütülen Tokyo araştırması,  beyin sistemini taklit eden sinir dokuları yaratan bir yöntem icat etti. Bu, beynin içindeki iletişimin nasıl oluştuğu ve sistemin kavramsal görevleri bir bağlamda nasıl birleştirdiğini anlamamızda yardımcı olabilir. 

Araştırma

Yoshiho Ikeuchi liderliğindeki ekip, uyarılmış, işlevli, insan kök hücresi (PSC) kullanarak nöronlardan beyin korteksini taklit eden sferoidler büyüttüler. Sferoidlerin iki ucu fiziksel emirler veren bir mikro alete yerleştirildiğinde, onları ayıran dar bir kanalın yanından birbirlerine doğru aksonlar uzatmaya başladılar.

İkeuchi, “25 günün sonunda hem aksonların tendrilleri kanalın sonuna kadar ulaşmıştı, hem de iki merkezi sfreoid bağlanmıştı” diyor. “Bunun işlevinin elektriksel bir iletişim olduğunu biliyoruz çünkü eğer bir sfreoid elektriksel olarak uyarılsaydı, diğeri bir gecikme ile cevap verirdi. Bu gerçek beyindeki duruma benziyor, gerçek bir beyinde birbirine uzak bölümler kavrama sırasında iletişime geçer.”

Beyin gelişimi karmaşıktır ve aslında beyin sistemleri sadece doğru şartlar sağlandığında büyüdü. Mikro aletlerin bir ucu boş olduğunda, aksonlar yine de öbür uçtaki nöronlardan uzadılar ancak düşük performans gösterdiler. Aradaki boşluğa oşluğa cam bir boncuk gibi bir madde koymak ise fasikül büyümesini geliştirici hiçbir etkide bulunmadı.

iScience’da çalışmanın ilk yazarı Takaaki Kirihara “Sferoidlerin birbirlerini fasikül büyütmeye teşvik etmesi geçekten ilginç” diyor. “Bu, zıt aksonların iki grup nöronu birbirine bağlayarak eşit şekilde birbirlerine rehberlik ettiği anlamına geliyor. Bu, beynin birbirinden uzak bölgelerinde iletişimin nasıl sağlandığı, hatta bazen iki lob arasında nasıl karşılıklı iletişimin olduğunu açıklamaya yardımcı olabilir.” diyerek devam ediyor.

Sonuç

Bir mikro alette büyüyen aksonlar, canlı beynin aynısı olmasalar da, doku kültürünün gerçekçi olduğuna dair kanıt var. L1CAM geninin beyin gelişimi için gerekli olduğu bilinmektedir. Sferoidlerde L1CAM baskılandığında, aksonların çoğu düğüm oluşturamadı. Bu, modellemede hem beyin dokusunun hem de beyin sistemindeki gelişim bozukluklarının çalışılabileceğini göstermekte. 

Gelecekte grup, tıpkı kafatasının çocukluktan bu yana büyümesi gibi merkezi sferoidler büyüdükçe genişleyecek bir kültür aleti tasarlayıp, öalışmayı bir üst seviyeye taşımayı planlıyor. Yine de, şimdilik sonuçlar nöron kök hücrelerinin, aksonların ve ikisinin ilişkili gelişimlerinin gerçekçi modellemelerini yapmak için kullanılabileceğini gösteriyor. Bu, yeni gelişmekte olan beynin nasıl bağlandığına dair öngörülerin önünü açıyor.

Kaynak: https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/en/news/3095/

Görsel Kaynak: https://www.shutterstock.com/tr/image-vector/multicolored-brain-connections-eps10-vector-347864354

Editör: Sibel Öncel