Kaliforniya Universiteti – Santa Cruz tərəfindən

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriSharf millimetr ölçülü orqanoid toxuma daxilində tək neyronların elektrik aktivliyini dəqiq müəyyən etmək üçün istifadə edilən CMOS əsaslı mikroelektrod massiv çipinə malikdir. Kredit: Carolyn Lagattuta/ UC Santa Cruz

İnsanlar düşüncələri nə vaxt və necə formalaşdırmağa başladığımızı çoxdan düşünürdülər. Biz əvvəlcədən konfiqurasiya edilmiş beyinlə doğulmuşuq, yoxsa düşüncə nümunələri yalnız ətrafımızdakı dünya ilə bağlı duyğu təcrübələrimizə cavab olaraq ortaya çıxmağa başlayır? İndi elm filosofların əsrlər boyu düşündürdüyü suallara cavab verməyə yaxınlaşır.

Santa Cruz Kaliforniya Universitetinin tədqiqatçıları beyindəki elektrik fəaliyyətinin ən erkən anlarını öyrənmək üçün orqanoidlər adlanan insan beyin toxumasının kiçik modellərindən istifadə edirlər. Nature Neuroscience -də aparılan yeni bir araşdırma, beynin ən erkən atışlarının heç bir xarici təcrübə olmadan strukturlaşdırılmış nümunələrdə baş verdiyini təsbit etdi, bu da insan beyninin dünya ilə necə naviqasiya və qarşılıqlı əlaqəyə dair təlimatlarla əvvəlcədən konfiqurasiya edildiyini göstərir.

Baskin Mühəndislik Məktəbinin biomolekulyar mühəndisliyi üzrə dosenti və tədqiqatın baş müəllifi Tal Sharf, “Bu hüceyrələr açıq şəkildə bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və biz xarici dünyadan bir şey hiss edə bilməmişdən əvvəl öz-özünə yığılan sxemlər əmələ gətirir” dedi.

“Mövcud olan və ilkin vəziyyətdə ortaya çıxan bir əməliyyat sistemi var. Laboratoriyamda biz beynin əməliyyat sisteminin bu ilkin versiyasına nəzər salmaq üçün beyin orqanoidlərini yetişdiririk və beynin duyğu təcrübəsi ilə formalaşmadan əvvəl özünü necə qurduğunu öyrənirik.”

İnsan beyninin inkişafı ilə bağlı fundamental anlayışımızı yaxşılaşdırmaqda bu tapıntılar tədqiqatçılara neyroinkişaf pozğunluqlarını daha yaxşı başa düşməyə və inkişaf etməkdə olan beyinə pestisidlər və mikroplastiklər kimi toksinlərin təsirini təyin etməyə kömək edə bilər.

İnkişaf edən beynin öyrənilməsi

Beyin, kompüterə bənzər, elektrik siqnalları – neyronların işə salınması ilə işləyir. Erkən inkişaf edən insan beyni ana bətnində qorunduğundan, bu siqnallar yanmağa başlayanda və insan beyninin necə inkişaf etdiyi elm adamlarının öyrənməsi üçün çətin mövzulardır.

Laboratoriyada insan kök hüceyrələrindən yetişdirilən toxumanın 3D modelləri olan orqanoidlər beynin inkişafına unikal pəncərə təqdim edir. UC Santa Cruz-dakı Braingeneers qrupu, UC San Francisco və UC Santa Barbara-nın tədqiqatçıları ilə əməkdaşlıq edərək, bu modelləri böyütmək və beyin inkişafı və pozğunluqları haqqında məlumat əldə etmək üçün onlardan ölçü götürmək üçün qabaqcıl üsullardır.

Orqanoidlər beynin duyğu girişinə cavab olaraq inkişaf edib-etmədiyini başa düşmək üçün xüsusilə faydalıdır – çünki onlar bədəndə deyil, laboratoriya şəraitində mövcuddur – və böyük miqdarda etik olaraq yetişdirilə bilər. Bu araşdırmada tədqiqatçılar kök hüceyrələri beyin toxuması yaratmağa sövq etdilər və sonra kompüteri idarə edənlərə bənzər xüsusi mikroçiplərdən istifadə edərək onların elektrik aktivliyini ölçdülər. Sharfın həm tətbiqi fizika, həm hesablama, həm də neyrobiologiya sahəsində təcrübəsi onun erkən beynin dövrələrinin modelləşdirilməsində təcrübəsini formalaşdırır.

“Hər hansı bir duyğu girişindən və ya orqanlarla əlaqədən ayrılan orqanoid sistem sizə bu öz-özünə yığılma prosesində baş verənlərə bir pəncərə verir” dedi Sharf.

“Bu öz-özünə yığılma prosesini ənənəvi 2D hüceyrə mədəniyyəti ilə etmək həqiqətən çətindir – siz hüceyrə müxtəlifliyini və arxitekturasını əldə edə bilməzsiniz. Hüceyrələr bir-biri ilə intim əlaqədə olmalıdır. Biz ilkin şərtlərə nəzarət etməyə çalışırıq, ona görə də biologiyaya öz gözəl işini etməyə imkan verə bilərik.”

Nümunə istehsalı

Tədqiqatçılar beyin toxumasının elektrik fəaliyyətini müşahidə etdilər, çünki onlar kök hüceyrələrdən hissləri tərcümə edə, dil və şüurlu düşüncə yarada bilən toxumaya çevrilirlər. Onlar aşkar ediblər ki, inkişafın ilk bir neçə ayı ərzində, insan beyni görmə və eşitmə kimi mürəkkəb xarici sensor məlumatı qəbul edib emal etmək qabiliyyətinə malik olmadan çox əvvəl onun hüceyrələri kortəbii olaraq hisslərin tərcüməsinin əsasını təşkil edən qanunauyğunluqlara xas olan elektrik siqnallarını yaymağa başlayıb.

Onilliklər ərzində aparılan neyroelm tədqiqatları nəticəsində cəmiyyət neyronların təsadüfi olmayan nümunələrdə yandığını aşkar etdi. Bunun əvəzinə, beynin “defolt rejimi” var – neyronları işə salmaq üçün əsas strukturdur, beyin qoxu və ya dad kimi unikal siqnalları emal etdikcə daha spesifik olur. Bu fon rejimi bədənin və beynin istehsal edə biləcəyi mümkün həssas reaksiya diapazonunu təsvir edir.

Öz-özünə yığılan orqanoid modellərində tək neyron sünbülləri ilə bağlı apardıqları müşahidələrdə Sharf və həmkarları aşkar etdilər ki, bu ən erkən müşahidə olunan nümunələr beynin standart rejimi ilə heyrətamiz oxşarlığa malikdir. Heç bir duyğu girişi almadan belə, canlı beynin neyron arxitekturasına xas olan genetik kodlanmış plana işarə edərək, xüsusi hisslər üçün dəqiqləşdirilmə potensialına malik olan zamana əsaslanan nümunələr və ya ardıcıllıqların mürəkkəb repertuarını işə salırlar.

“Bu öz-özünə təşkil olunmuş sistemlər ətrafımızdakı dünyanın bir təmsilçiliyini qurmaq üçün əsas ola bilər” dedi Sharf. “Onları bu erkən mərhələlərdə görə bilməyimiz onu göstərir ki, təkamül mərkəzi sinir sisteminin bizə dünya ilə əlaqə saxlamağa və əlaqə saxlamağa imkan verəcək bir xəritə qura bilməsinin yolunu tapıb.”

Bu orqanoidlərin canlı beynin əsas strukturunu əmələ gətirdiyini bilmək insanın neyroinkişafını, xəstəliklərini və beyindəki toksinlərin təsirini daha yaxşı başa düşmək üçün bir sıra imkanlar açır.

“Biz göstəririk ki, insan toxumasında öyrənə biləcəyimiz patoloji başlanğıcların imzaları ola biləcək mürəkkəb dinamikanı tutmaq üçün əsas var” dedi Sharf. “Bu, daha ucuz, daha səmərəli və daha yüksək məhsuldar ola biləcək birləşmələr, dərman müalicəsi və gen redaktə vasitələrini potensial olaraq inkişaf etdirmək üçün klinikadan əvvəlki səviyyədə klinisyenlərlə işləyərək müalicə üsullarını inkişaf etdirməyə imkan verəcəkdir.”

Bu araşdırmaya UC Santa Barbara, Sent-Luisdəki Vaşinqton Universiteti, Con Hopkins Universiteti, Hamburq-Eppendorf Universiteti Tibb Mərkəzi və ETH Sürixdəki tədqiqatçılar daxildir.

Daha çox məlumat: İnsan beyninin orqanoidlərində əvvəlcədən konfiqurasiya edilmiş neyron atəş ardıcıllığı, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02111-0

Jurnal məlumatı: Nature Neuroscience Kaliforniya Universiteti – Santa Cruz tərəfindən təmin edilmişdir