İnsan beyni doğuşdan dünyanı idrak etməyə proqramlaşdırılıb

Yeni bir araşdırma göstərir ki, beyin toxumasındakı sinir dövrələri inkişafın çox erkən mərhələlərində, hətta duyğular aktivləşməmişdən əvvəl belə, elektrik siqnalları yaradır. Kaliforniya Universiteti, Santa Kruz (UCSC) və digər laboratoriyalarda aparılan bu təcrübələr beynin düşüncələr üçün daxili zamanlama qaydalarına malik olduğunu irəli sürür. Tədqiqatçılar laboratoriyada yetişdirilən insan beyin toxuması parçaları – orqanoidlərdə və heç vaxt sensor giriş almamış yeni doğulmuş siçan korteksinin dilimlərində siqnalları izləyiblər. Bütün bu hazırlıqlarda neyronlar təkrarlanan, nizamlı nümunələrdə aktivləşərək, beynin dünyanı anlamaq üçün daxili bir ssenari daşıdığını göstərir.

Beyin dövrələrində erkən fəaliyyət

Bu layihənin mərkəzində UCSC-də biomolekulyar mühəndislik üzrə köməkçi professor Tal Şarf dayanır. Onun araşdırmaları beynin sinir dövrələrinin duyğu təcrübəsi onları formalaşdırmazdan əvvəl necə qurulduğuna fokuslanır. Neyroelm mütəxəssisləri illərdir bilirdilər ki, yetkinlərdə beyin fəaliyyəti təsadüfi səs-küy deyil; heyvanlar hərəkət edərkən, yadda saxlayarkən və ya sakitcə dincələrkən strukturlaşdırılmış ardıcıllıqları izləyir. Gəmiricilər üzərində aparılan klassik araşdırmalar göstərib ki, hippokampal hüceyrələr heyvanın keçəcəyi yolları "əvvəlcədən oynaya" bilər, bu da təcrübələrdən əvvəl fəaliyyət nümunələrinin mövcud olduğunu düşünməyə əsas verir. Bu təkrarlanan zəncirlər neyron atəşlənmə ardıcıllıqları (NFS) adlanır ki, bunlar çox qısa müddət ərzində sinir hüceyrələrinin nizamlı partlayışlarıdır. Onlar beynin bir yerdən digərinə informasiya göndərmək və hadisələri zamanla birləşdirmək üçün istifadə etdiyi vahidlər hesab olunur. Alimlər bu ardıcıllıqların yalnız aylarla sensor girişdən sonra meydana çıxıb-çıxmadığı barədə mübahisələr aparırdılar. Şarf və əməkdaşları beynin xarici dünyanı hiss etmək şansı olmadan əvvəl hər hansı birinin mövcud olub-olmadığını yoxlamağa qərar verdilər.

Mini-beyinlərin yetişdirilməsi

Bu sualı həll etmək üçün qrup insan korteksinin hissələrini təqlid edə bilən orqanoidlərə müraciət etdi. Bir baxışda bu beyin toxuması kulturalarının erkən inkişaf mərhələlərini necə ələ keçirdiyi və autizm, Alzheimer xəstəliyini öyrənmək üçün necə istifadə edildiyi təsvir edilmişdi. Şarf və həmkarlarının əvvəlki təcrübələri göstərdi ki, beyin orqanoidlərində neyronların birləşdiyi, sinxronlaşdığı və fəaliyyəti dəyişdirən dərmanlara reaksiya verdiyi dövrələr formalaşır. Bu tapıntılar bu modellərin sadəcə statik toxuma nümunələri deyil, öyrənə və dəyişə bilən aktiv şəbəkələr olduğunu irəli sürdü. Digər bir araşdırma kortikal orqanoidlərin tədricən vaxtından əvvəl doğulmuş körpə beyninin qeydlərində müşahidə olunan nümunələrə bənzər mürəkkəb osilasiya dalğaları inkişaf etdirdiyini tapdı. Yeni işlə birlikdə bu nəticələr orqanoid şəbəkələrinin yetişdikcə daxildən idarə olunan proqramlara uyğun olaraq inkişaf etdiyi fikrini gücləndirir. Təcrübələrdə komanda insan kök hüceyrələrindən orqanoidlər yetişdirdi və toxuma dilimlərini mikroelektrod massivlərinə – bir çox qeyd sahəsi olan yastı çiplərə yerləşdirdi. Bu massivlər tədqiqatçılara bir anda yüzlərlə neyrondan siqnalları ayırmağa və hər bir hüceyrənin spontan fəaliyyət dəqiqələri ərzində necə atəşləndiyini izləməyə imkan verdi.

Beyin dövrələrində erkən ardıcıllıqlar

Bu qeydlərə baxdıqda, alimlər fəaliyyət partlayışlarının təsadüfi qığılcımlar kimi deyil, nizamlı addımlarla orqanoidlərdən keçdiyini gördülər. Hər bir partlayış müəyyən bir cədvələ əsaslanaraq, bəzi neyronların erkən, digərlərinin isə gec atəşlənməsi ilə daxili bir naqillik planına uyğun ardıcıllıqlar formalaşdırırdı. Bu nümunələr daxilində, analiz, hər partlayışda sabit bir ardıcıllıqla atəşlənən hüceyrələrin bir hissəsini aşkar etdi ki, bu da ardıcıllıq üçün bir dayaq rolunu oynayırdı. Bir çox digər hüceyrələr bəzən və ya müxtəlif vaxtlarda iştirak edərək, şəbəkənin ritmini itirmədən kombinasiyaları araşdırması üçün bu dayağın ətrafında çeviklik əlavə edirdi. Bu ardıcıllıqların zamanlaması yetkin korteksdə ölçülən nümunələrə bənzəyirdi, burada spontan hadisələr bir dövrənin istehsal edə biləcəyi duyğu reaksiyalarının diapazonunu təsvir edir. "Bu hüceyrələr açıq-aydın bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olaraq, xarici dünyadan hər hansı bir şeyi təcrübə edə bilməyimizdən əvvəl öz-özünə qurulan sinir dövrələri formalaşdırır," Şarf qeyd edib. Xarici girişdən bu izolasiya, nizamlı atəşlənmənin təcrübə ilə formalaşdırılmayıb, beyin dövrələri şəbəkəsinin özündə kodlanmış ardıcıllıq qaydalarını əks etdirdiyi anlamına gəlir. Bu fikir inkişaf neyroelmində bəzi dövrələrin əvvəlcə sonradan duyğular və öyrənmə ilə tənzimlənən karkaslarla başladığı fikrinə uyğundur.

Laboratoriyadan yeni doğulmuş siçanlara

Beyin toxumasında nümunələrin yaranıb-yaranmadığını görmək üçün tədqiqatçılar siçanların somatosensor korteksinin dilimlərindən qeydlər götürdülər ki, bu da toxunma siqnallarını emal edən toxumadır. Bu siçanlar əksər duyğuların, qoxu istisna olmaqla, hələ də inkişaf etdiyi bir yaşda idi, buna görə də onların korteksləri yalnız məhdud xarici giriş almışdı. Bu dilimlərdə neyronlar eyni ardıcıllıqla inkişaf edən təkrarlanan partlayışlarla atəşləndi, bir dayaq hüceyrələri dalğaya rəhbərlik edir və digərləri onlara qoşulurdu. Orqanoidlər və canlı toxuma arasındakı bu paralellik, əsas ardıcıllıq qaydalarının bu sinir dövrələrinin inkişaf tərzinə daxil edildiyi fikrini gücləndirir. Kortikal neyronların yastı kulturalarında hüceyrələr fəaliyyət partlayışları istehsal etdi, lakin orqanoidlərdə və dilimlərdə görünən nizamlı ardıcıllıqlara malik deyildi. Bu kontrast göstərir ki, müxtəlif hüceyrə tipləri ilə üçölçülü bir quruluşa sahib olmaq dayaq ardıcıllıqlarının formalaşması və davamlılığı üçün vacibdir. Laboratoriyada yetişdirilmiş insan toxumasında və erkən siçan korteksindəki oxşar zamanlama motivləri ardıcıllığa əsaslanan təşkilatın məməli beyin toxumasının ümumi bir xüsusiyyəti olduğunu iddia edir. Bu, təkamülün beynin sinir dövrələrini fərd dünyanı anlamadan əvvəl belə zaman xəritələri qura biləcək şəkildə formalaşdırdığı fikrini dəstəkləyir.

Öncədən formalaşmış beyinlərin əhəmiyyəti

Bu mini-beyinlər xəstə və ya sağlam kök hüceyrələrindən inkişaf etdiyi üçün tədqiqatçılar fərqli şərtlərə malik insanlardan alınan orqanoidlərdə ardıcıllıqların necə inkişaf etdiyini müqayisə edə bilərlər. Əgər bir pozuntu dayaq hüceyrələrinin atəşlənmə vaxtını və ya hüceyrələrin bir ardıcıllığa necə qoşulduğunu dəyişdirsə, bu dəyişikliklər simptomlar görünməzdən əvvəl yaranan montaj problemlərini üzə çıxara bilər. Orqanoid əsaslı modellər alimlərə mikrosefaliya və epilepsiya kimi pozuntuları araşdırmağa imkan verir, birbaşa öyrənilə bilməyən beyin inkişafı mərhələlərinə giriş təmin edir. Erkən atəşlənmə ardıcıllıqlarının dəqiq ölçülərini bu alətlər dəstinə əlavə etmək, bəzi şərtlərin qavrayışı, hərəkəti və ya idrakı başlanğıcdan niyə pozduğunu izah etməyə kömək edə bilər. Bu qeyd platformaları bir dərman və ya gen redaktəsindən sonra ardıcıllıqların necə dəyişdiyini izləyə bilər, tədqiqatçılara normal zamanlama nümunələrini bərpa edən müalicələri axtarmağa imkan verir. Bu yanaşma, mövcud dərmanların simptomları kəsdiyi, lakin əsas naqillik problemlərini düzəltmədiyi pozuntular üçün xüsusilə dəyərli ola bilər. Bir yerdə, orqanoid qeydləri, neonatal siçan dilimləri və yastı kultur müqayisələri həyata öncədən konfiqurasiya edilmiş atəşlənmə qaydaları ilə başlayan bir beyin toxumasını göstərir. Bu qaydaları anlamaq, körpələrin necə sürətlə öyrəndiyini aydınlaşdıra və beyin dövrələri hələ qurularkən pozuntuları müalicə etmək üçün yollar aça bilər. Tədqiqat "Nature Neuroscience" jurnalında dərc olunub.

24 saat