حدد فريق دولي من العلماء الآليات العصبية التي من خلالها يخفف الصوت من الألم في الفئران. نُشرت النتائج ، التي يمكن أن تساعد في تطوير طرق أكثر أمانًا لعلاج الألم ، في Science. قاد الدراسة باحثون في المعهد الوطني لأبحاث طب الأسنان والقحف الوجهي (NIDCR). جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ، Hefei ؛ وجامعة أنهوي الطبية ، خفي ، الصين. NIDCR هو جزء من المعاهد الوطنية للصحة. قالت رينا ديسوزا ، مديرة NIDCR: 'نحتاج إلى طرق أكثر فعالية لإدارة الألم الحاد والمزمن ، ويبدأ ذلك باكتساب فهم أفضل للعمليات العصبية الأساسية التي تنظم الألم'. 'من خلال الكشف عن الدوائر التي تتوسط تأثيرات الصوت المخففة للألم في الفئران ، تضيف هذه الدراسة معرفة مهمة يمكن أن تُعلم في النهاية مناهج جديدة لعلاج الألم.' يعود تاريخها إلى عام 1960 ، وقد أظهرت الدراسات التي أجريت على البشر أن الموسيقى وأنواع أخرى من الأصوات يمكن أن تساعد في تخفيف الآلام الحادة والمزمنة ، بما في ذلك الألم الناجم عن جراحة الأسنان والجراحة الطبية والمخاض والولادة والسرطان. ومع ذلك ، فإن كيفية إنتاج الدماغ لهذا الحد من الألم ، أو التسكين ، كانت أقل وضوحًا. قال المؤلف المشارك الكبير Yuanyuan (Kevin) Liu ، وهو محقق Stadtman في NIDCR: `` لقد أوضحت دراسات تصوير الدماغ البشري مناطق معينة من الدماغ في التسكين الناجم عن الموسيقى ، لكن هذه مجرد ارتباطات ''. في الحيوانات ، يمكننا استكشاف الدوائر بشكل كامل ومعالجتها لتحديد الركائز العصبية المعنية. قام الباحثون أولاً بتعريض الفئران ذات الكفوف الملتهبة لثلاثة أنواع من الأصوات: قطعة ممتعة من الموسيقى الكلاسيكية ، وإعادة ترتيب غير سارة لنفس القطعة ، وضوضاء بيضاء. من المثير للدهشة أن جميع أنواع الصوت الثلاثة ، عند تشغيلها بكثافة منخفضة مقارنة بضوضاء الخلفية (حول مستوى الهمس) ، قللت من حساسية الألم لدى الفئران. لم يكن لشدة الأصوات نفسها أي تأثير على استجابات الحيوانات للألم. قال ليو: 'لقد فوجئنا حقًا بأن شدة الصوت ، وليس فئة الصوت أو اللطافة المتصورة له هي المهمة'. لاستكشاف دوائر الدماغ الكامنة وراء هذا التأثير ، استخدم الباحثون فيروسات غير معدية مقترنة ببروتينات الفلورسنت لتتبع الروابط بين مناطق الدماغ. حددوا طريقًا من القشرة السمعية ، التي تتلقى وتعالج المعلومات حول الصوت ، إلى المهاد ، الذي يعمل كمحطة ترحيل للإشارات الحسية ، بما في ذلك الألم ، من الجسم. في الفئران التي تتحرك بحرية ، قللت الضوضاء البيضاء منخفضة الشدة من نشاط الخلايا العصبية في الطرف المستقبل للمسار في المهاد. في غياب الصوت ، أدى كبت المسار بتقنيات تعتمد على الضوء والجزيئات الصغيرة إلى محاكاة تأثيرات تخفيف الألم للضوضاء منخفضة الكثافة ، بينما أدى تشغيل المسار إلى استعادة حساسية الحيوانات للألم. قال ليو إنه من غير الواضح ما إذا كانت عمليات دماغية مماثلة متورطة في البشر ، أو ما إذا كانت جوانب أخرى من الصوت ، مثل التناغم أو اللطف ، مهمة لتخفيف آلام الإنسان. قال: 'لا نعرف ما إذا كانت الموسيقى البشرية تعني أي شيء للقوارض ، لكن لها العديد من المعاني المختلفة للبشر - لديك الكثير من المكونات العاطفية'. يمكن أن تعطي النتائج العلماء نقطة انطلاق للدراسات لتحديد ما إذا كانت النتائج التي توصلت إليها الحيوانات تنطبق على البشر ، وفي النهاية يمكن أن تساعد في تطوير بدائل أكثر أمانًا للمواد الأفيونية لعلاج الألم. تم دعم هذا البحث من قبل قسم NIDCR للبحوث الداخلية. جاء الدعم أيضًا من البرنامج الوطني للبحث والتطوير في الصين لعلوم الدماغ وتكنولوجيا الذكاء الشبيه بالدماغ ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، وصندوق العلوم لمجموعات البحث الإبداعي التابعة لمؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية في الصين ، ومشروع CAS للعلماء الشباب في البحوث الأساسية ، مؤسسة العلوم الطبيعية لمقاطعة آنهوي ، وصناديق أبحاث جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية لمبادرة الدرجة الأولى المزدوجة. مصدر: Science Daily

الأخطبوط كائن حي استثنائي يمتلك دماغًا شديد التعقيد وقدرات معرفية فريدة من نوعها بين اللافقاريات. لدرجة أنه من بعض النواحي له قواسم مشتركة مع الفقاريات أكثر من اللافقاريات. يمكن أن ينشأ التعقيد العصبي والمعرفي لهذه الحيوانات من التشابه الجزيئي مع الدماغ البشري ، كما اكتشفته ورقة بحثية نُشرت مؤخرًا في BMC Biology ونسقها Remo Sanges من SISSA of Trieste و Graziano Fiorito من Stazione Zoologica Anton Dohrn من نابولي . يُظهر البحث أن نفس 'جينات القفز' نشطة في كل من دماغ الإنسان ودماغ نوعين ، الأخطبوط الشائع ، الأخطبوط الشائع ، الأخطبوط bimaculoides ، أخطبوط كاليفورنيا. اكتشاف يمكن أن يساعدنا في فهم سر ذكاء هذه الكائنات الرائعة.   كشف تسلسل الجينوم البشري في وقت مبكر من عام 2001 أن أكثر من 45٪ منه يتكون من تسلسلات تسمى الينقولات ، ما يسمى بـ 'الجينات القافزة' التي ، من خلال آليات النسخ واللصق الجزيئية أو آليات القص واللصق ، يمكن أن تتحرك. من نقطة إلى أخرى لجينوم الفرد ، خلطًا أو تكرارًا. في معظم الحالات ، تظل هذه العناصر المتحركة صامتة: ليس لها تأثيرات مرئية وفقدت قدرتها على الحركة. بعضها خامل لأن لديهم ، على مدى أجيال ، طفرات متراكمة ؛ والبعض الآخر سليم ، لكن آليات الدفاع الخلوية تسدها. من وجهة نظر تطورية ، حتى هذه الأجزاء والنسخ المكسورة من الينقولات يمكن أن تظل مفيدة ، باعتبارها 'مادة خام' يمكن للتطور نحتها. من بين هذه العناصر المتنقلة ، الأكثر صلة هي تلك العناصر التي تنتمي إلى ما يسمى بعائلة LINE (العناصر النووية الطويلة المتناثرة) ، والموجودة في مائة نسخة في الجينوم البشري والتي لا تزال نشطة. لقد كان نشاط LINEs تقليديًا مجرد بقايا من الماضي ، وبقايا العمليات التطورية التي تضمنت هذه العناصر المتنقلة ، ولكن في السنوات الأخيرة ظهرت أدلة جديدة تظهر أن نشاطها منظم بدقة في الدماغ. هناك العديد من العلماء الذين يعتقدون أن الينقولات LINE مرتبطة بالقدرات المعرفية مثل التعلم والذاكرة: فهي نشطة بشكل خاص في الحُصين ، وهو أهم بنية لدماغنا للتحكم العصبي في عمليات التعلم.   جينوم الأخطبوط ، مثلنا ، غني بـ 'جينات القفز' ، ومعظمها غير نشط. بالتركيز على الينقولات التي لا تزال قادرة على النسخ واللصق ، حدد الباحثون عنصرًا من عائلة LINE في أجزاء من الدماغ مهمة للقدرات المعرفية لهذه الحيوانات. أصبح هذا الاكتشاف نتيجة للتعاون بين Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati و Stazione Zoologica Anton Dohrn و Istituto Italiano di Tecnologia بفضل تقنيات التسلسل من الجيل التالي ، والتي تم استخدامها لتحليل التركيب الجزيئي للجينات النشطة في الجهاز العصبي للأخطبوط. يوضح ريمو: `` إن اكتشاف عنصر من عائلة LINE ، نشط في دماغ نوعي الأخطبوط ، مهم للغاية لأنه يضيف دعمًا لفكرة أن هذه العناصر لها وظيفة محددة تتجاوز النسخ واللصق. Sanges ، مدير مختبر الجينوم الحاسوبي في SISSA ، الذي بدأ العمل في هذا المشروع عندما كان باحثًا في Stazione Zoologica Anton Dohrn من نابولي. تم إجراء الدراسة ، التي نُشرت في مجلة BMC Biology ، بواسطة فريق دولي يضم أكثر من عشرين باحثًا من جميع أنحاء العالم. لقد قفزت على الكرسي حرفيًا عندما رأيت تحت المجهر إشارة قوية جدًا لنشاط هذا العنصر في الفص الرأسي ، وهي بنية الدماغ التي في الأخطبوط هي مقر التعلم والقدرات المعرفية ، تمامًا مثل الحُصين. في البشر '، هكذا تخبر جيوفانا بونتي من Stazione Zoologica Anton Dohrn . وفقًا لـ Giuseppe Petrosino من Stazione Zoologica Anton Dohrn و Stefano Gustincich من Istituto Italiano di Tecnologia ، يمكن تفسير هذا التشابه بين الإنسان والأخطبوط الذي يظهر نشاط عنصر LINE في مقعد القدرات المعرفية كمثال رائع للتطور المتقارب ، الظاهرة التي ، في نوعين بعيدين وراثيًا ، تتطور نفس العملية الجزيئية بشكل مستقل ، استجابة لاحتياجات مماثلة. يقول جرازيانو فيوريتو ، مدير قسم علم الأحياء وتطور الكائنات البحرية في Stazione Zoologica Anton Dohrn : `` إن دماغ الأخطبوط مماثل وظيفيًا في العديد من خصائصه لدماغ الثدييات. لهذا السبب أيضًا ، يمثل عنصر LINE المحدد مرشحًا مثيرًا للاهتمام للدراسة لتحسين معرفتنا بتطور الذكاء. مصدر: Science Daily

من المحتمل أن تكون تجربة حدث مخيف أمرًا لن تنساه أبدًا. ولكن لماذا يبقى معك عندما يصبح من الصعب بشكل متزايد تذكر الأحداث الأخرى بمرور الوقت؟ قام فريق من علماء الأعصاب من كلية العلوم والهندسة بجامعة تولين وكلية الطب بجامعة تافتس بدراسة تكوين ذكريات الخوف في المحور العاطفي للدماغ - اللوزة - ويعتقدون أن لديهم آلية. باختصار ، وجد الباحثون أن الناقل العصبي نورإبينفرين ، المعروف أيضًا باسم النورأدرينالين ، يسهل معالجة الخوف في الدماغ عن طريق تحفيز مجموعة معينة من الخلايا العصبية المثبطة في اللوزة لتوليد نمط انفجار متكرر من التفريغ الكهربائي. هذا النمط المتفجر من النشاط الكهربائي يغير وتيرة تذبذب موجة الدماغ في اللوزة من حالة الراحة إلى حالة الإثارة التي تعزز تكوين ذكريات الخوف. نُشر البحث مؤخرًا في مجلة Nature Communications ، وقد قاد البحث أستاذ خلية تولين والبيولوجيا الجزيئية جيفري تاسكر ، ورئيس كاثرين وهنتر بيرسون في علم الأعصاب ، وطالب الدكتوراه شين فو. استخدم تاسكر مثال السطو المسلح. وقال: 'إذا تم توقيفك تحت تهديد السلاح ، فإن دماغك يفرز مجموعة من الناقل العصبي للضغط العصبي نورإبينفرين ، على غرار اندفاع الأدرينالين'. هذا يغير نمط التفريغ الكهربائي في دوائر معينة في دماغك العاطفي ، متمركزة في اللوزة ، والتي بدورها تحول الدماغ إلى حالة من الإثارة المتزايدة التي تسهل تكوين الذاكرة ، وذاكر ة الخوف ، لأنها مخيفة. هذه هي نفس العملية ، كما نعتقد ، التي تنحرف في اضطراب ما بعد الصدمة وتجعله لا يمكنك نسيان التجارب المؤلمة. قاد مختبر تاسكر هذا البحث وتم إجراؤه بالتعاون مع مختبر جوناثان فادوك في تولين ومختبر جيمي ماجواير في تافتس. فادوك هو أستاذ مساعد في علم النفس وهو أستاذ في العلوم والهندسة في شركة بورك كلاينبيتر في تولين. ماغواير أستاذ مشارك في علم الأعصاب في كلية الطب بجامعة تافتس. مصدر: Science Daily

عندما يحتاج عقلك إلى الانتباه إلى شيء مهم ، فإن إحدى الطرق التي يمكنه من خلالها القيام بذلك هي إرسال دفعة من النورأدرينالين ، وفقًا لدراسة جديدة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. يمكن أن يكون لهذا المُعدِّل العصبي ، الناتج عن بنية عميقة في الدماغ تسمى locus coeruleus ، تأثيرات واسعة النطاق في جميع أنحاء الدماغ. في دراسة أجريت على الفئران ، وجد فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن أحد الأدوار الرئيسية للنورأدرينالين ، المعروف أيضًا باسم النوربينفرين ، هو مساعدة الدماغ على التعلم من النتائج المفاجئة. يقول مريجانكا سور ، أستاذ نيوتن لعلم الأعصاب في قسم الدماغ والإدراك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: `` ما يُظهره هذا العمل هو أن الموضع الأزرق يشفِّر أحداثًا غير متوقعة ، وأن الانتباه إلى تلك الأحداث المفاجئة أمر بالغ الأهمية للدماغ لتقييم بيئته. العلوم ، عضو معهد بيكوير للتعلم والذاكرة التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ومدير مركز سيمونز للدماغ الاجتماعي. بالإضافة إلى دوره في الإشارة إلى المفاجأة ، اكتشف الباحثون أيضًا أن النورأدرينالين يساعد على تحفيز السلوك الذي يؤدي إلى المكافأة ، خاصة في المواقف التي يكون فيها عدم اليقين بشأن تقديم مكافأة. سور هو المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة التي تظهر اليوم في مجلة Nature . يعد فينسينت بريتون بروفينشر ، وهو باحث سابق لما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يعمل الآن أستاذًا مساعدًا في جامعة لافال ، وغابرييل دروموند ، طالبة دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، المؤلفين الرئيسيين لهذه الورقة. تعديل السلوك النورادرينالين هو أحد المُعدِّلات العصبية العديدة التي تؤثر على الدماغ ، إلى جانب الدوبامين ، والسيروتونين ، والأستيل كولين. على عكس الناقلات العصبية ، التي تتيح التواصل من خلية إلى أخرى ، يتم إطلاق المُعدِّلات العصبية على مساحات شاسعة من الدماغ ، مما يسمح لها بممارسة تأثيرات أكثر عمومية.   يقول سور: 'يُعتقد أن المواد المعدلة للأعصاب تروي مناطق كبيرة من الدماغ وبالتالي تغير الدافع الاستثاري أو المثبط الذي تستقبله الخلايا العصبية بطريقة أكثر من نقطة إلى نقطة'. هذا يشير إلى أنه يجب أن يكون لديهم وظائف بالغة الأهمية على مستوى الدماغ ومهمة للبقاء ولتنظيم حالة الدماغ. بينما تعلم العلماء الكثير عن دور الدوبامين في التحفيز ومتابعة المكافأة ، لا يُعرف الكثير عن المعدلات العصبية الأخرى ، بما في ذلك النورأدرينالين. تم ربطه بالإثارة وزيادة اليقظة ، ولكن الإفراط في استخدام النورأدرينالين يمكن أن يؤدي إلى القلق. أظهرت الدراسات السابقة التي أجريت على الموضع الأزرق ، المصدر الأساسي للنورادرينالين في الدماغ ، أنه يتلقى مدخلات من أجزاء كثيرة من الدماغ ، كما أنه يرسل إشاراته على نطاق واسع. في الدراسة الجديدة ، شرع فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في دراسة دوره في نوع معين من التعلم يسمى التعلم المعزز ، أو التعلم عن طريق التجربة والخطأ. في هذه الدراسة ، قام الباحثون بتدريب الفئران على دفع رافعة عندما سمعوا نغمة عالية التردد ، ولكن ليس عندما سمعوا نغمة ذات تردد منخفض. عندما استجابت الفئران بشكل صحيح للنغمة عالية التردد ، تلقوا الماء ، ولكن إذا ضغطوا على الرافعة عندما سمعوا نغمة منخفضة التردد ، فقد تلقوا نفخة من الهواء غير سارة. تعلمت الفئران أيضًا دفع الرافعة بقوة أكبر عندما تكون النغمات أعلى. عندما كان الحجم أقل ، كانوا أكثر ثقة بشأن ما إذا كان ينبغي عليهم الدفع أم لا. وعندما قام الباحثون بتثبيط نشاط الموضع الأزرق ، أصبحت الفئران أكثر ترددًا في دفع الرافعة عندما سمعت نغمات منخفضة الحجم ، مما يشير إلى أن النورادرينالين يشجع على اغتنام فرصة الحصول على مكافأة في المواقف التي يكون فيها المردود غير مؤكد. يقول سور: 'إن الحيوان يدفع لأنه يريد مكافأة ، ويوفر الموضع الأزرق ( locus coeruleus ) إشارات مهمة ليقول ، ادفع الآن ، لأن المكافأة ستأتي'. وجد الباحثون أيضًا أن الخلايا العصبية التي تولد إشارة النورأدرينالين تبدو وكأنها ترسل معظم نواتجها إلى القشرة الحركية ، مما يقدم المزيد من الأدلة على أن هذه الإشارة تحفز الحيوانات على اتخاذ الإجراءات. مفاجأة في إشارة بينما يبدو أن هذا الاندفاع الأولي للنورأدرينالين يحفز الفئران على اتخاذ إجراء ، وجد الباحثون أيضًا أن الدفقة الثانية تحدث غالبًا بعد انتهاء التجربة. عندما تلقت الفئران مكافأة متوقعة ، كانت هذه الرشقات صغيرة. ومع ذلك ، عندما كانت نتيجة المحاكمة مفاجئة ، كانت الرشقات النارية أكبر بكثير. على سبيل المثال ، عندما تلقى فأر نفخة من الهواء بدلاً من المكافأة التي كان يتوقعها ، أرسل الموضع الأزرق دفعة كبيرة من النورأدرينالين. في التجارب اللاحقة ، سيكون من غير المرجح أن يدفع هذا الفأر الرافعة عندما يكون غير مؤكد أنه سيحصل على مكافأة. يقول سور: 'إن الحيوان يعدل سلوكه باستمرار'. 'على الرغم من أنها تعلمت المهمة بالفعل ، إلا أنها تعدل سلوكها بناءً على ما فعلته للتو'. أظهرت الفئران أيضًا رشقات نارية من النورأدرينالين في التجارب عندما تلقت مكافأة غير متوقعة. يبدو أن هذه الدفقات تنشر النورأدرينالين إلى أجزاء كثيرة من الدماغ ، بما في ذلك قشرة الفص الجبهي ، حيث يحدث التخطيط والوظائف الإدراكية العليا الأخرى. يقول سور: `` يبدو أن وظيفة التشفير المفاجئ للموضع الأزرق المنتشر أكثر انتشارًا في الدماغ ، وقد يكون ذلك منطقيًا لأن كل ما نقوم به يتم تعديله على حين غرة ''. يخطط الباحثون الآن لاستكشاف التآزر المحتمل بين النورأدرينالين والمعدلات العصبية الأخرى ، وخاصة الدوبامين ، الذي يستجيب أيضًا للمكافآت غير المتوقعة. كما يأملون في معرفة المزيد حول كيفية تخزين القشرة المخية قبل الجبهية للذاكرة قصيرة المدى للمدخلات من الموضع الأزرق لمساعدة الحيوانات على تحسين أدائها في التجارب المستقبلية.   تم تمويل البحث جزئيًا من قبل صناديق أبحاث كيبيك ، ومجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا ، وجائزة محقق NARSAD الشاب من مؤسسة أبحاث الدماغ والسلوك ، والمعاهد الوطنية للصحة ، ومبادرة Simons Foundation لأبحاث التوحد من خلال Simons مركز الدماغ الاجتماعي ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، ومبادرة NIH BRAIN . مصدر: Science Daily

أثناء قراءة هذه الكلمات ، تعرض مناطق معينة من دماغك موجة من النشاط الكهربائي بسرعة ملي ثانية. يعد تصور وقياس هذا النشاط الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية لفهم كيف يمكّننا الدماغ من رؤية هذه الكلمات أو تحريكها أو التصرف فيها أو قراءتها. ومع ذلك ، فإن القيود التكنولوجية تؤخر علماء الأعصاب عن تحقيق هدفهم المتمثل في تحسين فهم كيفية عمل الدماغ. أفاد العلماء في كلية بايلور للطب والمؤسسات المتعاونة في مجلة Cell عن مستشعر جديد يسمح لعلماء الأعصاب بتصوير نشاط الدماغ دون فقدان الإشارات ، لفترة طويلة وأعمق في الدماغ مما كان ممكنًا في السابق. يمهد هذا العمل الطريق لاكتشافات جديدة حول كيفية عمل الدماغ في الحيوانات المستيقظة والنشطة ، سواء تلك التي تتمتع بصحة جيدة أو تلك التي تعاني من حالات عصبية. الكأس المقدسة لعلم الأعصاب قال المؤلف المقابل ، الدكتور فرانسوا سانت بيير ، الأستاذ المساعد في علم الأعصاب وباحث ماكنير في بايلور: 'لا يقتصر نشاط الدماغ الكهربائي على السرعة فحسب ، بل يشمل أيضًا مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا التي لها أدوار مختلفة في حسابات الدماغ'. وهو أيضًا أستاذ مساعد مساعد في علوم الكهرباء والكمبيوتر في جامعة رايس. لقد كان من الصعب معرفة كيفية مراقبة النشاط الكهربائي بسرعة ميلي ثانية في الخلايا العصبية الفردية لأنواع معينة من الخلايا في الحيوانات التي تقوم بنشاط ما. لتكون قادرًا على القيام بذلك كان الكأس المقدسة لتصوير الأعصاب. هناك تقنيات موجودة لقياس النشاط الكهربائي في الدماغ. قال سانت بيير: 'على سبيل المثال ، يمكن أن تسجل الأقطاب الكهربائية نشاطًا سريعًا للغاية ، لكنها لا تستطيع تحديد نوع الخلايا التي يستمعون إليها'. يستخدم الباحثون أيضًا بروتينات فلورية تستجيب لتغيرات الكالسيوم المرتبطة بالنشاط الكهربائي. يمكن متابعة هذه التغييرات في التألق باستخدام مجهر 2 فوتون. هذا النوع من أجهزة الاستشعار ممتاز لتحديد أي الخلايا العصبية نشطة وأيها غير نشطة. ومع ذلك ، فهي بطيئة للغاية. إنهم يقيسون تغيرات الجهد بشكل غير مباشر ، وبالتالي يفقدون الكثير من الإشارات الرئيسية.   كان هدف St-Pierre وزملائه هو الجمع بين أفضل هذه المنهجيات - لتطوير جهاز استشعار يمكنه مراقبة النشاط في أنواع خلايا معينة أثناء التقاط إشارات الدماغ السريعة. قال سانت بيير: 'لقد حققنا ذلك من خلال جيل جديد من البروتينات الفلورية المهندسة تسمى مؤشرات الجهد المشفر جينيًا أو GEVIs '. قام المؤلفون المشاركون - Zhuohe (Harry) Liu و Xiaoyu (Helen) Lu و Yueyang (Eric) Gou - بإنشاء واستخدام نظام آلي يوفر طريقة أفضل وأكثر كفاءة لهندسة وتحسين مؤشرات الجهد الفلوري للفوتونين. الفحص المجهري ، الطريقة القياسية للتصوير غير الباضع للأنسجة العميقة في علم الأعصاب. قال ليو ، طالب دراسات عليا في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في رايس ، 'باستخدام هذا النظام ، اختبرنا الآلاف من متغيرات المؤشرات وحددنا JEDI-2P ، وهو أسرع وأكثر إشراقًا وحساسية واستقرارًا للضوء من سابقيه'. معمل سانت بيير.   قال لو ، طالب دراسات عليا من برنامج الأنظمة والبيولوجيا التركيبية والفيزيائية ( SSPB ) في رايس الذي يعمل في مختبر سانت بيير ، باستخدام JEDI-2P ، حللنا ثلاث عيوب مهمة للطرق السابقة. أولاً ، يسمح لنا بمتابعة النشاط الكهربائي في حيوان حي لمدة تصل إلى 40 دقيقة بدلاً من بضع دقائق على الأكثر. ثانيًا ، يمكننا تصوير ارتفاعات في النشاط الكهربائي بدقة زمنية تبلغ حوالي مللي ثانية ، وثالثًا يمكننا تصوير الخلايا الفردية بشكل أعمق في الدماغ لأن مؤشرنا ساطع وينتج إشارات كبيرة استجابة لنشاط الدماغ. حتى الآن ، كان الباحثون مقصورين على مراقبة سطح الدماغ ، لكن من الواضح أن معظم نشاط الدماغ لا يقتصر على أول 50 ميكرونًا تحت سطح الدماغ. قال جو ، العضو السابق في مختبر سانت بيير والذي يعمل حاليًا في برنامج الدراسات العليا لعلوم الأعصاب في بايلور: 'تسمح منهجيتنا للباحثين بمراقبة إشارات الجهد في الطبقات العميقة من القشرة بشكل غير جراحي للمرة الأولى'. أظهر المؤلفون المشاركون في بايلور ، الدكتور أندرياس تولياس ، أستاذ علم الأعصاب ، والدكتور جاكوب رايمر ، الأستاذ المساعد في علم الأعصاب ، أن JEDI-2P يمكنه الإبلاغ عن النشاط الكهربائي في الفئران باستخدام معدات التصوير المتوفرة في العديد من مختبرات التصوير العصبي. أظهر المؤلف المشارك Stéphane Dieudonné (École Normale Supérieure ، فرنسا) اكتشافًا عميقًا وفائق السرعة للإشارات الكهربائية للدماغ في الفئران من خلال مراقبة تألق JEDI-2P باستخدام طريقة الفحص المجهري السريع المسماة ULoVE . مختبرات المؤلفين المشاركين د. أظهر كاترين فرانك (قائد المجموعة ، جامعة توبنغن ، ألمانيا) وتوم كلاندين (جامعة ستانفورد) كيف يمكن أيضًا تطبيق JEDI-2P على النشاط الكهربائي للصور في شبكية العين والذباب ، على التوالي. أظهر هذا الجهد التعاوني الدولي مجتمعة أنه يمكن نشر التكنولوجيا الجديدة بسهولة من قبل مجموعات علم الأعصاب التي تعمل على نماذج حيوانية مختلفة وباستخدام تقنيات الفحص المجهري المختلفة.   في عام 2014 ، قدمت عرضًا تقديميًا في اجتماع جمعية علم الأعصاب حول الإصدار الأول من هذا المؤشر وكان الناس يلفون أعينهم. لقد اعتقدوا أن التصوير السريع للجهد باستخدام مؤشرات الفلورسنت لن يكون ممكناً أبدًا في الحيوانات المستيقظة بسبب التحدي التقني الهائل لتصوير نشاط على نطاق زمني يصل إلى ميلي ثانية ، قال سانت بيير. بعد ثماني سنوات ، حققنا هذا الهدف. ولا يزال هناك مجال لتطوير المؤشر - لن يكون آخر JEDI ! '   من بين المساهمين الآخرين في هذا العمل فينسينت فيليت ، وكيفن إل كولبير ، وشوجوان لاي ، وسيهوي جوان ، وميشيل إيه لاند ، وجيهوان لي ، وتينساي أسيفا ، ودانييل آر زولينجر ، وماريا إم كوريمبيدو ، وآنا إل فلاسيتس ، وميشيل إم بانج. ، شارون سو ، تشانغجيا كاي ، إيمانويل فروداراكيس ، نا زو ، سوميل إس باتيل ، كاميرون إل سميث ، أنيك أيون ، بيير بيزوارد ، جوناثان برادلي وأندريا جيوفانوتشي. ينتمي المؤلفون إلى واحدة أو أكثر من المؤسسات التالية: كلية بايلور للطب ، وجامعة رايس ، وإيكول نورمال سوبريور ، وجامعة توبنغن ، وجامعة ستانفورد ، وجامعة نورث كارولينا في تشابل هيل ، وجامعة ولاية كارولينا الشمالية ، ومؤسسة الأبحاث و تكنولوجيا هيلاس اليونان. مصدر: Science Daily

قام العلماء في كلية الطب بجامعة نورث كارولينا برسم سطح قشرة دماغ الإنسان الشاب بدقة غير مسبوقة ، كاشفة عن تطور المناطق الوظيفية الرئيسية من شهرين قبل الولادة إلى عامين بعد ذلك. تمثل خرائط التطور القشري الجديدة ، التي تم الإبلاغ عنها عبر الإنترنت في Proceedings of the National Academy of Sciences ، مورداً قيماً لمزيد من البحث حول نمو الدماغ وتقدم نهجًا جديدًا قويًا لدراسة ظروف نمو الدماغ مثل التوحد والفصام. قال كبير مؤلفي الدراسة جانج لي ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في الأشعة في كلية الطب بجامعة كارولينا الشمالية: 'توفر هذه النتائج مرجعًا مهمًا لاستكشاف وفهم ديناميكيات النمو المبكر للدماغ'. كان المؤلف الأول للدراسة يينغ هوانغ ، طالب دكتوراه في مختبر لي. القشرة هي ورقة من خلايا المخ تلتف حول جزء كبير من الدماغ. المنطقة الدماغية الأكثر تقدمًا من الناحية التطورية ، وهي أكبر نسبيًا في البشر منها في الثدييات الأخرى ، وهي مسؤولة عن وظائف بشرية أعلى ومميزة بما في ذلك القدرات اللغوية والتفكير المجرد. تعتبر الأشهر الثلاثة الأخيرة من الحمل خلال العامين الأولين من العمر هي الفترة الأكثر ديناميكية في التطور القشري. تتكاثف القشرة بشكل ملحوظ خلال هذه الفترة ، وتنمو بوتيرة أسرع من حيث مساحة السطح ، عن طريق تكوين طيات قشرية معقدة. تم ربط الاضطرابات في سماكة القشرة والتوسع في هذه المرحلة بالتوحد والفصام. ومع ذلك ، لم يكن لدى علماء الأعصاب فهم مفصل لهذه المرحلة التنموية كما يرغبون. على وجه الخصوص ، كان لديهم حاجة لرسم خرائط أكثر شمولاً وعالية الدقة ، عبر النطاق العمري من الجنين إلى الطفل الصغير ، والتي تقسم أو `` تقسم '' القشرة النامية إلى مناطق مميزة بمعدلات نمو خاصة بها - خاصة مساحة السطح معدلات النمو. في الدراسة ، أجرى لي وزملاؤه مثل هذا التعيين. قاموا أولاً بجمع مجموعة من 1037 صورة عالية الجودة من التصوير بالرنين المغناطيسي ( MRI ) للرضع في الفترة العمرية من الثلث الثالث إلى العامين. جاءت عمليات المسح من مشروعين بحثيين آخرين ، مشروع UNC / UMN Baby Connectome (BCP ) ومشروع تطوير شبكة الاتصال البشرية. قام الفريق بتحليل بيانات المسح باستخدام أحدث طرق معالجة الصور المعتمدة على الكمبيوتر ، وقسموا السطح القشري بشكل أساسي إلى شبكة افتراضية تحتوي على آلاف المساحات الدائرية الصغيرة ، وحساب معدل تمدد السطح لكل من هذه المناطق. لم يبدأ التحليل بافتراضات حول مواقع هياكل الدماغ أو المناطق الوظيفية ، ولكن هذه الهيكلة الإقليمية للدماغ أصبحت واضحة على أي حال من الخرائط الناتجة ، استنادًا فقط إلى المعدلات المختلفة التي تتوسع بها مناطق السطح. في المجمل ، حدد الباحثون 18 منطقة متميزة ، وجدوا أنها مرتبطة جيدًا بما هو معروف بالفعل عن المناطق الوظيفية للقشرة الدماغية النامية. قال لي: 'تظهر كل هذه المناطق توسعاً هائلاً في مساحة السطح خلال هذه النافذة التنموية ، مع وجود مسار مميز لكل منطقة'. كشفت الخرائط أن كل منطقة تميل إلى أن يكون لها نفس المسار التنموي لنظيرتها في نصف الكرة المعاكس للقشرة. كانت الفروق بين الجنسين واضحة أيضًا. حتى عند التحكم في الفروق بين الجنسين في مساحة السطح الإجمالية - حيث تمتلك أدمغة الذكور مساحة أكبر - ظلت هناك اختلافات في مناطق متعددة. على سبيل المثال ، أصبحت منطقة الفص الجبهي الإنسي في النصف المخي الأيسر ، والتي يُعتقد أنها تستضيف وظائف مهمة مثل الانتباه والذاكرة العاملة ، أكبر نسبيًا في الذكور في وقت مبكر من السنة الثانية من حياة ما بعد الولادة. أظهر التحليل أيضًا أن أنماط توسع مساحة السطح القشري في هذه الفترة المبكرة من الحياة كانت مختلفة تمامًا عن أنماط نمو سمك القشرة ، مما يشير إلى أن هذين المقياسين لنمو الدماغ يشتملان على آليات متميزة. قال لي ، بشكل عام ، فإن رسم الخرائط يوفر رؤى جديدة أساسية حول نمو الدماغ. يخطط هو وفريقه الآن لتوسيع هذا النهج مع مجموعات بيانات مسح التصوير بالرنين المغناطيسي التي تبدأ في الأعمار المبكرة وتنتهي عند الأقدم. كما يأملون في نهاية المطاف في دراسة مجموعات بيانات المسح التي تغطي الأطفال الذين يعانون من طيف التوحد أو حالات النمو العصبي الأخرى. قد لا تقدم مثل هذه التحليلات أدلة على أصول هذه الحالات فحسب ، بل قد تقدم أيضًا تحديد العلامات المبكرة أو المؤشرات الحيوية ، والتي يمكن استخدامها في المستقبل لإدارة علاجات مبكرة وأكثر فاعلية. ورقة PNAS بعنوان 'رسم خرائط الجهوية التنموية وأنماط مساحة السطح القشري من 29 أسبوعًا بعد الحيض إلى عامين من العمر' شارك في تأليفها ينج هوانج ، زينجوانج وو ، فان وانج ، دان هو ، تينجفي لي ، لي جو ، Li Wang و Weili Lin و Gang Li . في UNC-Chapel Hill ، تم إجراء فحوصات BCP MRI في مركز UNC للتصوير البحثي الطبي الحيوي ( BRIC ) ، بقيادة Weili Lin ، دكتوراه. تم توفير التمويل من قبل المعاهد الوطنية للصحة ( MH116225 ، MH117943 ، MH109773 ، MH123202 ، 1 U01MH110274 ) واتحاد مشروع UNC / UMN Baby Connectome . مصدر: Science Daily