SciTechDaily

ניקולס

דוחף את גבולות מדעי המוח: BARseq ממפה את המוח בקנה מידה של מיליון נוירונים

הבנת הקשרים בין אזורי מוח שונים יכולה להוביל לאפשרויות טיפול טובות יותר במצבים כמו אלצהיימר, סכיזופרניה ודיכאון. בשנת 2019 פותחה טכניקה הידועה בשם BARseq כדי למפות את הקשרים הללו על ידי זיהוי תאי מוח באמצעות הגנים שהם מבטאים ומעקב אחר המעגלים העצביים שלהם. טכניקה זו הייתה מסוגלת בתחילה למפות אלפי מסלולים באמצעות "ברקודים" של RNA, כעת שופרה למיפוי מיליוני נוירונים. המחקר התרחב לקליפת המוח החזותית, חוקר כיצד תפקוד המוח משתנה כאשר המסלולים העצביים מופרעים, מספק תובנות עמוקות יותר לגבי התפתחות ותפקוד המוח.

חוקרים פיתחו ושיפרו את BARseq, טכניקה למיפוי חיבורי תאי מוח על ידי ביטוי גנים, במטרה לשפר את הטיפולים במצבים נוירולוגיים. הם גילו שעיוורון משנה את ביטוי הגנים החזותיים של קליפת המוח, ועבודה מתמשכת שואפת להרחיב את היכולות של BARseq להבין את הקישוריות וההתפתחות של המוח.

חקירה של אינטראקציה בין אזורים שונים במוח עשויה להוביל לשיפור הטיפולים במצבים כגון אלצהיימרסכיזופרניה ודיכאון.

בשנת 2019, כפוסט דוקטורט במעבדת זדור של Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), Xiaoyin Chen עזר לפתח טכניקה למיפוי הקשרים הללו. BARseq מזהה תאים במוח לפי הגנים שהם משתמשים בהם ועוקב אחר המעגלים העצבים המחברים. גרסאות מוקדמות של BARseq מיפו את ביטוי הגנים על פני אלפי מסלולים עצביים, באמצעות "ברקודים" או קטעים קצרים של RNA.

מפות BARseq

"אני חושב על המפות של BARseq כמעין עזר לציור", אומר פוסט-דוקטורט לשעבר של CSHL Xiaoyin Chen. "כל הנקודות הקטנות האלו מרכיבות צורות. ואתה יכול למעשה להתקרב ולהסתכל על חלקים שונים ולהבחין בין סוגי תאים שונים." קרדיט: מעבדת חן/מכון אלן למדעי המוח

חן הוא כעת עוזר חוקר במכון המוח של אלן. לאחרונה הוא התאחד עם פרופסור CSHL אנתוני זדור כדי לשדרג את היכולות של BARseq. איך זה נראה? במקום אלפי נוירונים, BARseq יכול כעת למפות מיליונים.

"אנחנו מתמקדים בדחיפה של BARseq קדימה. אנחנו רוצים לעשות את זה קל לשימוש לכולם, מהיר יותר, רגיש יותר. האם נוכל לקרוא מידע נוסף עם זה? עם סולם הרבה יותר גבוה, אתה יכול להתחיל לענות על שאלות שונות", אומר חן.

מחקר על קליפת מוח חזותית באמצעות BARseq

הצוות החל בחיפוש אחר תשובות בקליפת המוח החזותית. ראייה היא אחת הדרכים הנפוצות ביותר שבהן בני אדם תופסים את העולם. מידע עובר מהעיניים לקליפת הראייה לצורך עיבוד. אבל מה קורה במוח כאשר הפריצות העצביות של קליפת הראייה נחתכות או לא נוצרות בכלל?

"אנשים יודעים מזה זמן מה שקלט חזותי חשוב מאוד בעיצוב המוח", מסביר חן. "אבל אנחנו לא יודעים, ברזולוציה המדויקת של סוג התא ש-BARseq מספקת, מה באמת קורה."

BARseq Brain Cortex

משמאל: כל נקודה צבעונית בתמונה זו של השכבה החיצונית של המוח, או קליפת המוח, היא גן אינדיבידואלי. מימין: באמצעות BARseq, מדענים יכולים לראות כיצד גנים מתקבצים ולזהות את הנוירונים המתאימים, הנקודות הצבעוניות הגדולות יותר שנראות כאן. קרדיט: מעבדת חן/מכון אלן למדעי המוח

הצוות השתמש ב-BARseq כדי למפות את המוח של תשעה עכברים והתחקות אחר ביטוי גנים בקליפת הראייה של כל עכבר. זו הפעם הראשונה שהטכניקה משמשת למיפוי כל כך הרבה מוחות שלמים. למרבה הפלא, הצוות גילה שאם העכברים התעוורו, הגנים בקליפת המוח החזותית התחילו להיראות כמו אלה באזורים קליפת המוח הסמוכים במוח.

"ההשפעות של איבוד הראייה היו רחבות מאוד", מסביר חן. "קליפת המוח החזותית עצמה משתנה. הוא הופך דומה יותר לאזורים שמסביבו. יש עדיין הרבה שאלות לגבי האופן שבו הפיתוח שולט על הדפוס הזה."

חן פועל כעת להרחבת היכולות של BARseq עוד יותר. הוא והצוות שלו משתמשים בטכניקה כדי לחקור כיצד חיבורים מחווטים במוחות מתפתחים וכיצד הקשרים הללו מתפתחים.

"ההבנה של אופן ההגדרה של אזורי קליפת המוח היא הצעד הראשון בהבנת הקשרים הללו", הוא אומר. "אבל זה לא מספיק. אנחנו עדיין צריכים לגלות איך הם מתקדמים במהלך הפיתוח. BARseq יכולה לקרב אותנו ליעד הזה".

ניקולס