معلومة

- دراسة الجهاز العصبي لذبابة الفاكهة


أنا أدرس علم الأعصاب وذبابة الفاكهة أمران مهمان جدًا لكنني لا أعرف قدر ما أعتقد أنه ينبغي عليّ أن أفعلهما عنهما. هل هناك مصادر شاملة يمكنني قراءتها؟

أرغب في مراجعة جميع الأجزاء المهمة من الجهاز العصبي ، وأين توجد ، وماذا تفعل ، وكيف تتصل.


تعد Flybase مصدرًا مفيدًا بشكل عام لتشريح / فسيولوجيا ذبابة الفاكهة بما في ذلك الجهاز العصبي. من هناك وجدت هذا الرابط الذي يحتوي على بعض المعلومات الخاصة بعلم الأعصاب.


يوفر الجهاز العصبي لذبابة الفاكهة حلًا جديدًا لمشكلة شبكة الكمبيوتر الأساسية


PITTSBURGH & # 8212 طورت ذبابة الفاكهة طريقة لترتيب الهياكل الصغيرة الشبيهة بالشعر التي تستخدمها للإحساس وسماع العالم الذي يتميز بالكفاءة العالية ، يقول فريق من العلماء في إسرائيل وجامعة كارنيجي ميلون إنه يمكن استخدامها لنشر الشبكات اللاسلكية بشكل أكثر فاعلية شبكات الاستشعار وتطبيقات الحوسبة الموزعة الأخرى.

مع الحد الأدنى من التواصل وبدون معرفة مسبقة بكيفية ارتباطها ببعضها البعض ، تتمكن الخلايا في الجهاز العصبي النامي للذبابة من تنظيم نفسها بحيث يعمل عدد صغير من الخلايا كقادة توفر اتصالات مباشرة مع كل خلية عصبية أخرى ، قال المؤلف زيف بار جوزيف ، الأستاذ المشارك في التعلم الآلي والبيولوجيا الحاسوبية في جامعة كارنيجي ميلون.

والنتيجة ، حسبما أفاد الباحثون في طبعة 14 يناير من مجلة Science ، هي نفس نوع المخطط المستخدم لإدارة شبكات الكمبيوتر الموزعة التي تؤدي مهام يومية مثل البحث في الويب أو التحكم في طائرة أثناء الطيران. لكن الطريقة التي يستخدمها الجهاز العصبي للذبابة لتنظيم نفسه أبسط وأكثر قوة من أي شيء ابتكره البشر.

قالت المؤلفة المشاركة نوجا ألون ، عالمة الرياضيات وعالمة الكمبيوتر في جامعة تل أبيب ومعهد الدراسات المتقدمة في برينستون: "إنه حل بسيط وبديهي ، لا أصدق أننا لم نفكر في هذا قبل 25 عامًا". ، نيوجيرسي

استخدم بار جوزيف وآلون ومؤلفوهم المشاركون & # 8212 يهودا أفيك من جامعة تل أبيب ونعمة باركاي وإيران هورنشتاين وعمر باراد من معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت بإسرائيل & # 8212 الأفكار المكتسبة من ذباب الفاكهة للتصميم خوارزمية حوسبة موزعة جديدة. لقد وجدوا أنه يحتوي على صفات تجعله مناسبًا بشكل خاص للشبكات التي لا يكون فيها عدد العقد وموضعها مؤكدًا تمامًا. وتشمل هذه شبكات الاستشعار اللاسلكية ، مثل المراقبة البيئية ، حيث تنتشر أجهزة الاستشعار في بحيرة أو مجرى مائي ، أو أنظمة للتحكم في أسراب الروبوتات.

قال بار جوزيف ، عضو هيئة التدريس في مركز لين للبيولوجيا الحاسوبية وقسم التعلم الآلي في كلية علوم الكمبيوتر في كارنيجي ميلون: "لطالما استخدم العلماء النماذج الحسابية والرياضية لتحليل النظم البيولوجية". "هنا عكسنا الاستراتيجية ، ودرسنا نظامًا بيولوجيًا لحل مشكلة علوم الكمبيوتر التي طال أمدها."

تتخذ أنظمة الكمبيوتر واسعة النطاق والجهاز العصبي للذبابة اليوم نهجًا توزيعيًا لأداء المهام. على الرغم من أن الآلاف أو حتى الملايين من المعالجات في نظام الحوسبة وملايين الخلايا في الجهاز العصبي للذبابة يجب أن يعملوا معًا لإكمال مهمة ما ، لا يحتاج أي من العناصر إلى معرفة كاملة بما يحدث ، ويجب أن تعمل الأنظمة على الرغم من فشل العناصر الفردية.

في عالم الحوسبة ، تتمثل إحدى الخطوات نحو إنشاء هذا النظام التوزيعي في العثور على مجموعة صغيرة من المعالجات التي يمكن استخدامها للتواصل السريع مع بقية المعالجات في الشبكة & # 8212 ما يسميه منظرو الرسم البياني مجموعة مستقلة قصوى (MIS) . كل معالج في مثل هذه الشبكة هو إما قائد (عضو في MIS) أو متصل بقائد ، لكن القادة ليسوا مترابطين.

يحدث ترتيب مشابه في ذبابة الفاكهة ، والتي تستخدم شعيرات دقيقة لاستشعار العالم الخارجي. تتطور كل شعيرة من خلية عصبية ، تسمى طليعة الأعضاء الحسية (SOP) ، والتي تتصل بالخلايا العصبية المجاورة ، ولكنها لا تتصل بإجراءات التشغيل القياسية الأخرى.

على مدار ثلاثة عقود ، ظل علماء الكمبيوتر في حيرة من أمرهم بشأن الكيفية التي يمكن بها للمعالجات في الشبكة اختيار نظام معلومات الإدارة بشكل أفضل. تستخدم الحلول الشائعة طريقة احتمالية & # 8212 تشبه النرد المتداول & # 8212 حيث يعرّف بعض المعالجات أنفسهم على أنهم قادة ، ويعتمد ذلك جزئيًا على عدد الاتصالات التي لديهم مع المعالجات الأخرى. تخرج المعالجات المتصلة بهؤلاء القادة الذين تم اختيارهم ذاتيًا أنفسهم من التشغيل ، وفي الجولات اللاحقة ، تختار المعالجات الإضافية نفسها بنفسها وتخرج المعالجات المتصلة بهم من التشغيل. في كل جولة ، تزداد فرص انضمام أي معالج إلى MIS (أن يصبح رائدًا) كدالة لعدد اتصالاته.

قال بار جوزيف إن عملية الاختيار هذه سريعة ، لكنها تنطوي على الكثير من الرسائل المعقدة التي يتم إرسالها ذهابًا وإيابًا عبر الشبكة ، وتتطلب أن يعرف جميع المعالجات مسبقًا كيفية اتصالهم بالشبكة. يمكن أن يمثل ذلك مشكلة بالنسبة للتطبيقات مثل شبكات الاستشعار اللاسلكية ، حيث قد يتم توزيع أجهزة الاستشعار بشكل عشوائي وقد لا تكون جميعها ضمن نطاق الاتصال لبعضها البعض.

خلال مراحل تطور الذبابة اليرقية والعذارى ، يستخدم الجهاز العصبي أيضًا طريقة احتمالية لاختيار الخلايا التي ستصبح إجراءات تشغيل قياسية. ومع ذلك ، في حالة الطيران ، لا تملك الخلايا أي معلومات حول كيفية ارتباطها ببعضها البعض. نظرًا لأن الخلايا المختلفة تختار نفسها بنفسها على أنها إجراءات تشغيلية قياسية ، فإنها ترسل إشارات كيميائية إلى الخلايا المجاورة التي تمنع تلك الخلايا من أن تصبح أيضًا إجراءات تشغيلية قياسية. تستمر هذه العملية لمدة ثلاث ساعات ، حتى تصبح جميع الخلايا إما إجراءات تشغيلية قياسية أو تكون مجاورة لإجراء SOP ، ويخرج الذبابة من مرحلة العذراء.

لاحظ بار جوزيف أن احتمال أن تختار أي خلية ذاتيًا يزداد ليس كدالة للاتصالات ، كما هو الحال في خوارزمية MIS النموذجية لشبكات الكمبيوتر ، ولكن كدالة للوقت. لا تتطلب الطريقة معرفة مسبقة بكيفية ترتيب الخلايا. التواصل بين الخلايا بسيط بقدر الإمكان.

ابتكر الباحثون خوارزمية حاسوبية تعتمد على نهج الذبابة وأثبتوا أنها توفر حلاً سريعًا لمشكلة نظم المعلومات الإدارية. قال بار جوزيف: "كان وقت التشغيل أكبر قليلاً من الأساليب الحالية ، لكن النهج البيولوجي فعال وأكثر قوة لأنه لا يتطلب الكثير من الافتراضات". "وهذا يجعل الحل قابلاً للتطبيق على العديد من التطبيقات الأخرى."

تم دعم هذا البحث جزئيًا من خلال المنح المقدمة من المعاهد الوطنية للصحة والمؤسسة الوطنية للعلوم.

تابع مدرسة علوم الكمبيوتر على TwitterSCSatCMU.

في الأعلى: في صورة المجهر المجهول هذا لمرحلة العذراء لتطور ذبابة الفاكهة ، يتم تحديد الخلايا العصبية التي تختار نفسها لتصبح سلائف الأعضاء الحسية (SOPs) بواسطة الأسهم. ترسل هذه الخلايا إشارات كيميائية إلى الخلايا المجاورة ، مما يمنعها من أن تصبح إجراءات تشغيل قياسية (SOPs) وتتسبب في تألقها باللون الأحمر في الصورة.

أدناه: زيف بار جوزيف أستاذ مشارك في التعلم الآلي والبيولوجيا الحاسوبية في جامعة كارنيجي ميلون.


دراسة الجهاز العصبي لذبابة الفاكهة - علم الأحياء

كولد سبرينج هاربور ، نيويورك (20 مايو 2010) & ndash يعد الجهاز العصبي أكثر أجهزة الجسم تعقيدًا في جسم الإنسان ، مع دوائر ونقاط الاشتباك العصبي وإشارات تتحكم في الكثير من وظائفنا وسلوكنا ومادشبوثه واعيًا وغير واعي. لدراسة التعقيدات البيولوجية للجهاز العصبي في المختبر ، تحول العلماء إلى ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة) ، وهو كائن حي يعرض العديد من تعقيدات نظامنا العصبي.

كتاب تم إصداره حديثًا ، علم الأعصاب ذبابة الفاكهة: دليل مختبري، يقدم بروتوكولات مفصلة ومواد أساسية للباحثين المهتمين باستخدام ذبابة الفاكهة كنموذج تجريبي لفحص الجهاز العصبي. يغطي الدليل ثلاثة مناهج في هذا المجال: تحليل التطور العصبي ، أنشطة التسجيل والتصوير في الجهاز العصبي ، وتحليل السلوك. تشمل التقنيات الموصوفة الطرق الجزيئية والوراثية والكهربية والتصويرية والسلوكية والنمائية. الأفلام التي تقدم أمثلة على بعض التقنيات متوفرة على الإنترنت.

علم الأعصاب ذبابة الفاكهة يعتمد على علم الأحياء العصبية طويل الأمد لمختبر كولد سبرينغ هاربور ذبابة الفاكهة التي دربت جيلاً من علماء الأعصاب. تم تحرير الدليل بواسطة Bing Zhang و Marc Freeman و Scott Waddell & mdashall الذين عملوا كمديرين لدورة CSHL. خدم معظم مؤلفي الفصول كمدربين للدورة.

كتب المحررون في مقدمة الكتاب "[B] eyond كمرجع قيم لهؤلاء الطلاب المحظوظين بما يكفي لأخذ الدورة التدريبية ، فإن الكتاب يسمح للآخرين" بحضور الدورة بالوكالة "". "يتضمن المحتوى مقدمة موجزة لمجالات ذبابة الفاكهة أبحاث البيولوجيا العصبية التي يتم تغطيتها كل عام بالإضافة إلى البروتوكولات التفصيلية للتقنيات التي يتم تدريسها في المختبر ".

علم الأعصاب ذبابة الفاكهة: دليل مختبري سيكون بمثابة مصدر قيم للباحثين على جميع المستويات ، من بداية طالب الدراسات العليا إلى الباحث الأساسي.


وجدت دراسة UCSF أن ارتباط الإشارات في الجهاز العصبي لذبابة الفاكهة قد يشير إلى هدف لعلاج العصب

وجدت دراسة أجرتها جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو أن ارتباط الإشارات المحدد بين الخلايا العصبية والعضلات في ذبابة الفاكهة ضروري للحفاظ على استقرار الجهاز العصبي للحشرة.

النتائج ذات صلة بالبحث المستمر في تحديد الأسباب وتطوير علاجات للأمراض التنكسية العصبية العضلية في البشر ، مثل التصلب الجانبي الضموري (ALS) ، المعروف أيضًا باسم مرض لو جيريج ، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة Graeme Davis ، دكتوراه ، أستاذ مشارك ونائب. رئيس قسم الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو.

يقول: "إذا أردنا صنع عقاقير جديدة لعلاج الأمراض التنكسية العصبية ، فعلينا تحديد أهداف دوائية جديدة ، ونتائج دراستنا تقدم هذه الإمكانية". "هذه الدراسة خطوة مهمة إلى الأمام لأننا أظهرنا أن نظام الإشارات المكون من عدة جينات مهم للحفاظ على استقرار الجهاز العصبي."

تم نشر النتائج في عدد سبتمبر من مجلة Neuron.

يقول ديفيس إن الجهاز العصبي هو نمط معقد من الاتصالات موجود طوال حياة الكائن الحي ، وفهم كيفية الحفاظ على أنماط ومسارات لا تعد ولا تحصى لهذه الروابط لفترات طويلة من الزمن يمثل تحديًا مستمرًا للعلماء.

ديفيس والمؤلف المشارك بنجامين إيتون ، الحاصل على درجة الدكتوراه ، وزميل ما بعد الدكتوراه في مختبر ديفيس ، قادا إلى الاكتشاف الجديد من خلال التجارب الجارية مع نظام الإشارات في ذباب الفاكهة المرتبط ببروتين يسمى بروتين تكوّن العظام ، أو BMP. ووجدوا أن نظام الإشارات BMP مطلوب لتحقيق الاستقرار طويل المدى للمشبك العصبي العضلي ، وهي النقطة التي يمر فيها الدافع العصبي من خلية عصبية إلى عضلة لإحداث حركة العضلات.

في غياب إشارات BMP ، أظهر بحثهم أن المشبك بين العصب والعضلات يتفكك ويتدهور. مكنت هذه الملاحظة الفريق من البحث عن جينات جديدة تشارك في نظام إشارات BMP ، مما أدى إلى تحديد عوامل استقرار معينة في الجهاز العصبي.

"إنها مهمة معقدة للغاية للحفاظ على استقرار الجهاز العصبي. نحن نستخدم كائنًا نموذجيًا ، وهو ذبابة الفاكهة ، لمساعدتنا على تحديد الأساس الجيني للاستقرار على المدى الطويل بسرعة ، "يقول ديفيس. "ما تمكنا من القيام به بهذه الدراسة هو صقل العديد من الجينات الضرورية لتحقيق هذا الاستقرار."

من خلال فحص الطفرات الجينية التي تحذف الجينات الفردية ، تمكن العلماء من إثبات أن إشارات BMP مطلوبة لاستقرار الاتصالات المشبكية. أظهرت الاختبارات الجينية الإضافية أن إنزيم السيتوبلازم المسمى LIM Kinase1 هو رابط أساسي يمكّن جزيئات إشارات BMP من تثبيت المشبك.

يلاحظ ديفيس أن العمل مع ذباب الفاكهة يسمح للعلماء بتحديد وظيفة الجينات الجديدة بسرعة كبيرة. يمكننا بسهولة ملاحظة الروابط بين العصب والعضلات ، ومعرفة ما إذا كان العصب يتدهور. كل أسبوع يمكننا اختبار مئات الجينات وتحديد ما إذا كانت مهمة لتثبيت المشبك بين العصب والعضلات ".

يوضح ديفيس: "جزيئات الإشارة الموجودة في ذباب الفاكهة هي في الأساس نفس الجزيئات الموجودة في البشر". "في غضون بضع سنوات ، نأمل في اختبار وظيفة كل جين في الجينوم وتحديد مجموعة كاملة من الجينات الضرورية للحفاظ على استقرار المشبك العصبي العضلي."

ALS ، على سبيل المثال ، هو مرض عصبي عضلي تنكسي. ويضيف: "إذا تمكنا من إيجاد طريقة للحفاظ على استقرار المشبك العصبي العضلي ، فقد نتمكن من إبطاء معدل الانحطاط".

"مع مرض التصلب الجانبي الضموري وغيره من الأمراض التنكسية العصبية والعضلية ، تم تحديد عدد قليل فقط من الجينات التي تسبب الأمراض أو تساهم في تطورها."

يقول ديفيس: "الشيء المثير في هذه الدراسة هو أنها بدأت تخبرنا كيف يمكننا الحفاظ على استقرار المشبك. ويمكن أن يقودنا ذلك إلى فهم سبب تدهور المشابك العصبية في الخلايا العضلية للأشخاص المصابين بمرض التصلب الجانبي الضموري. إذا تمكنا من تحديد المزيد من الجينات المهمة لاستقرار المشبك ، فسيكون هناك المزيد من الأهداف لتطوير عقاقير جديدة لعلاج هذه الأمراض. في الوقت الحالي ، عدد الأهداف المحتملة لتطوير أدوية جديدة محدود للغاية ونأمل أن نساعد في تغيير ذلك. هذا وقت مثير مع إمكانية تحقيق تقدم حقيقي من حيث فهم بيولوجيا هذه الأمراض ".


تمثل كل من هذه الملاحظات اللاصقة ذات الألوان الزاهية جزءًا من المعلومات التي لا يريد شخص ما نسيانها. على الرغم من أننا جميعًا ننسى في بعض الأحيان ، إلا أن معظم الناس لا يجدون صعوبة في تذكر الأشياء المهمة أو الروتينية بالنسبة لنا ، مثل اسم صديقنا و rsquos أو كيفية الوصول إلى الفصل. يسمح لنا دماغنا ، وهو مركز التحكم في الجهاز العصبي وبقية الجسم ، عادةً بالاحتفاظ بالمعلومات واسترجاعها. ولكن في حالة تلف الدماغ ، قد يحتاج الشخص إلى الاعتماد بشكل مفرط على التذكيرات الخارجية و [مدش] مثل هذا الجدار من الملاحظات اللاصقة و [مدش] بدلاً من أن يكون قادراً على الوثوق بذاكرته. هذا إذا كانوا قادرين على تذكر كتابة الأشياء في المقام الأول.

الشكل ( PageIndex <1> ): الثبات

روزا البالغة من العمر 68 عامًا هي واحدة من الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في ذاكرتهم. واجهت روزا صعوبة في تذكر المكان الذي وضعت فيه الأشياء في منزلها ونسيت بعض مواعيد الأطباء ورسكووس ووجبات الغداء التي خططت لها مع الأصدقاء. بدأت عائلتها تلاحظ أنها في بعض الأحيان لا تتذكر المحادثات الأخيرة ، مما يتطلب منهم تكرار الأشياء لها. كانت روزا تكافح أحيانًا للعثور على الكلمة الصحيحة في المحادثة وتضع الأشياء في أماكن غير معتادة ، مثل الحليب في الخزانة بدلاً من الثلاجة. في حين أن معظم الناس يقومون بأشياء كهذه من حين لآخر ، بدا لروزا وعائلتها أن هذا كان يحدث لها كثيرًا مؤخرًا.

كانت لديها أيضًا بعض الأعراض الأخرى التي أثرت على حياتها ، مثل صعوبة دفع فواتيرها في الوقت المحدد وإدارة ميزانيتها ، وهو ما كانت تفعله جيدًا في السابق. عزت روزا هذه الهفوات في الذاكرة والوظائف العقلية إلى الآثار الطبيعية للشيخوخة ، لكن أسرتها كانت قلقة. لقد لاحظوا أنها كانت أيضًا أكثر غضبًا من المعتاد وكانت تنتقدهم لفظيًا في بعض الأحيان ، وهو ما لم يكن مثلها. عندما أصيبت بالارتباك أثناء تجوالها في حيها واضطر أحد الجيران لمرافقة منزلها ، أقنعتها عائلتها بمقابلة طبيب.

إلى جانب الفحص البدني الكامل والاختبارات المعملية ، أجرى طبيب Rosa & rsquos مقابلة مع روزا وعائلتها حول ذاكرتها ، وقدرتها على تنفيذ المهام اليومية ، وتغيرات الحالة المزاجية. كما أجرى مجموعة متنوعة من الاختبارات لتقييم ذاكرتها وأدائها الإدراكي ، مثل قدرتها على حل المشكلات واستخدام الأرقام واللغة بشكل صحيح. أخيرًا ، أمر بإجراء مسح لدماغها للتحقق مما إذا كان الورم أو سببًا آخر يمكن ملاحظته يسبب تغيرات في عمل دماغها.

بناءً على نتائج هذه الاختبارات ، توصل طبيب Rosa & rsquos إلى استنتاج مفاده أنها على الأرجح مصابة بمرض الزهايمر الخفيف ومرض الرسكوس (AD). ينتج مرض الزهايمر عن التغيرات غير الطبيعية في جزيئات وخلايا الدماغ ، والتي تتميز بتكتلات من البروتينات تسمى لويحات أميلويد بين خلايا الدماغ وحزم متشابكة من ألياف البروتين تسمى التشابكات الليفية العصبية داخل خلايا دماغية معينة. تتوقف خلايا الدماغ المصابة عن العمل بشكل صحيح ، وتفقد صلاتها بخلايا الدماغ الأخرى ، وتموت في النهاية. تُظهر الصورة أدناه جزءًا من مقطع عرضي لدماغ مريض مصاب بمرض الزهايمر الحاد مقارنة بجزء مشابه من دماغ سليم. يمكنك أن ترى مدى شدة تقلص الدماغ المصاب بمرض الزهايمر ، بسبب موت العديد من خلايا الدماغ.

الشكل ( PageIndex <2> ): الدماغ السليم أكبر بكثير من الدماغ المصاب بمرض الزهايمر.

الزهايمر مرض تقدمي ، مما يعني أن الضرر والأعراض المرتبطة به تزداد سوءًا بمرور الوقت. صنف الأطباء التقدم إلى ثلاث مراحل رئيسية و [مدش] خفيفة ومتوسطة وحادة. عادةً ، لا يمكن تشخيص مرض الزهايمر نهائيًا إلا بعد الموت عندما يمكن فحص أنسجة المخ مباشرة بحثًا عن لويحات وتشابكات. ومع ذلك ، بناءً على أعراض Rosa & rsquos ونتائج اختباراتها ، يعتقد طبيبها أنها على الأرجح مصابة بمرض الزهايمر الخفيف ، عندما يتغير الدماغ والأعراض الناتجة ليست شديدة بعد.

على الرغم من عدم وجود علاج حاليًا لمرض الزهايمر ، وستزداد روزا سوءًا في نهاية المطاف ، إلا أن طبيبها يقول إن الأدوية والعلاجات السلوكية قد تحسن وظائفها وتطيل من جودة حياتها خلال السنوات القليلة المقبلة. يصف دواءً يحسن التواصل بين خلايا الدماغ ، والذي ثبت أنه يساعد بعض الأشخاص المصابين بمرض الزهايمر.

أثناء قراءة هذا الفصل ، ستتعلم المزيد عن كيفية عمل الدماغ وبقية الجهاز العصبي ، والوظائف المتعددة التي يتحكمون بها في الجسم. بنهاية الفصل ، ستكون لديك معرفة كافية بالجهاز العصبي لمعرفة المزيد حول سبب تسبب مرض الزهايمر في ظهور الأعراض ، وكيف يعمل دواء Rosa & rsquos ، وبعض الأساليب الجديدة الواعدة التي قد تساعد الأطباء في تشخيص وعلاج مرضى الزهايمر في وقت مبكر. مراحل.


تحديد نوع الخلية

في النهاية ، يرغب الباحثون في إنشاء مخطط للجهاز العصبي البشري ، ولكن يجب أن تكون خطوتهم الأولى هي تحديد الخلايا المكونة للدماغ البشري. هذا يمثل تحديًا بشكل خاص لأنه على الرغم من أنه يمكن تعريف الخلايا من خلال الوظيفة وعلم وظائف الأعضاء والتشريح والتعبير الجيني ، فقد واجه الباحثون صعوبة في توحيد هذه الخصائص. قد يكون لخليتين نفس الوظيفة لكن فيزيولوجيا مختلفة. قال لوه: "كان الناس يأملون في أن يساعد تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية في حل هذه المشكلة ، ولكن حتى الآن لم يكن الأمر سهلاً".

ساعدت دراسة ذبابة الفاكهة أولاً لأنه على مدار العقدين الماضيين ، تعرف لو ومعمله جيدًا على وظيفة وفسيولوجيا وتشريح نظام حاسة الشم لدى الكائن الحي. على الرغم من أن الباحثين ما زالوا يناقشون ما إذا كان هناك 1000 أو 10000 نوع من الخلايا في الدماغ البشري ، قال لو أننا نعرف بالفعل عدد أنواع الخلايا في نظام حاسة الشم لذبابة الفاكهة. جعل هذا الكائن البسيط سرير الاختبار المثالي لربط التعبير الجيني بالقطع الأخرى في لغز نوع الخلية وتطوير عملية لدراسة الدماغ البشري في النهاية.


مراجع

Betts، JG، Young، KA، Wise، JA، Johnson، E.، Poe، B.، Kruse، DH، Korol، O.، Johnson، JE، Womble، M.، DeSaix، P. (2013، April 25) . شكل 12.2 الجهاز العصبي المركزي والمحيطي [الصورة الرقمية]. في علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء (القسم 12.1). OpenStax. https://openstax.org/books/anatomy-and-physiology/pages/12-1-basic-structure-and-function-of-the-nervous-system

Brainard ، مؤسسة J / CK-12. (2016). الشكل 5 [صورة رقمية]. في CK-12 كلية علم الأحياء البشري (القسم 10.2) [Flexbook عبر الإنترنت]. CK12.org. https://www.ck12.org/book/ck-12-college-human-biology/section/10.2/

حلقة دراسية مكثفة. (2015 ، 23 فبراير). الجهاز العصبي ، الجزء 1: Crash Course A & ampP # 8. موقع يوتيوب. https://www.youtube.com/watch؟v=qPix_X-9t7E&feature=youtu.be

محادثات TEDx. (2013 ، 3 نوفمبر). هندسة الجهاز العصبي البشري: ميغان مويناهان في TEDxBrussels. موقع يوتيوب. https://www.youtube.com/watch؟v=Nsxw5_Iz7mY&feature=youtu.be

نظام الجسم شديد التعقيد للحيوان الذي ينسق أفعاله ومعلوماته الحسية عن طريق إرسال الإشارات من وإلى أجزاء مختلفة من جسمه. يكتشف الجهاز العصبي التغيرات البيئية التي تؤثر على الجسم ، ثم يعمل جنبًا إلى جنب مع جهاز الغدد الصماء للاستجابة لمثل هذه الأحداث.

الأفعال التي تتم حسب رغبة المرء أو تحت السيطرة.

الأفعال التي لا تخضع لسيطرة الفرد الواعية.

خلية عصبية متخصصة تستجيب لنوع معين من المنبهات مثل الضوء أو المواد الكيميائية عن طريق توليد نبضة عصبية.

عضو الجهاز العصبي المركزي داخل الجمجمة وهو مركز التحكم في الجهاز العصبي.

مجموعة من الأنسجة في كائن حي تم تكييفها لأداء وظيفة معينة. في الحيوانات العليا ، يتم تجميع الأعضاء في أجهزة أعضاء مثل المريء والمعدة والكبد أعضاء في الجهاز الهضمي.

إشارة تنتقل عبر الألياف العصبية.

وحدة وظيفية في الجهاز العصبي تنقل النبضات العصبية تسمى أيضًا الخلية العصبية.

أحد التقسيمين الرئيسيين للجهاز العصبي الذي يشمل الدماغ والنخاع الشوكي.

أحد التقسيمين الرئيسيين للجهاز العصبي الذي يتكون من جميع الأنسجة العصبية التي تقع خارج الجهاز العصبي المركزي.

حزمة أنبوبية رفيعة من نسيج الجهاز العصبي المركزي تمتد من جذع الدماغ إلى أسفل الظهر إلى الحوض وتربط الدماغ بالجهاز العصبي المحيطي.

هيكل في الجهاز العصبي يتكون من حزم محاور شبيهة بالكابلات وتشكل غالبية الجهاز العصبي المحيطي.

امتداد طويل لجسم خلية عصبون ينقل النبضات العصبية إلى خلايا أخرى.

قسم في الجهاز العصبي المحيطي يتحكم في الأنشطة اللاإرادية.

قسم في الجهاز العصبي المحيطي يتحكم في الأنشطة التطوعية.

تقسيم الجهاز العصبي اللاإرادي الذي يتحكم في استجابة القتال أو الطيران.

تقسيم الجهاز العصبي اللاإرادي الذي يعيد الجسم إلى طبيعته بعد استجابة القتال أو الطيران ويحافظ على التوازن في أوقات أخرى.

قسم من الجهاز العصبي اللاإرادي الذي يتحكم في وظائف الجهاز الهضمي.

تقسيم الجهاز العصبي المحيطي الذي يتحكم في الأنشطة اللاإرادية


أسئلة البحث المركزية

لقد قمنا بتطوير خط أنابيب ، حيث نقوم بالتعليق ، والاستنساخ ، والتعبير وظيفيًا عن GPCRs في الخلايا المستنبتة. سيؤدي ربط الترابط إلى GPCR المعبر عنه إلى بدء سلسلة تؤدي إلى استجابة تلألؤ بيولوجي للخلايا المنقولة ، والتي يمكن قياسها كميًا بسهولة (الشكل 1). باستخدام خط الأنابيب هذا ، قمنا بإزالة ما يقرب من نصف الكل ذبابة الفاكهة نيوروببتيد GPCRs.

التين. 1. فحص تلألؤ بيولوجي

لدينا أيضًا اهتمام تطوري قوي ، حيث نتتبع التطور والتطور المشترك لـ GPCRs الببتيد العصبي وروابطها عبر العديد من الشعب. في بعض الحالات ، وجدنا أن روابط الببتيد قد تطورت أكثر من GPCRs الخاصة بهم وفي هذه الحالات يمكننا فقط تتبع GPCRs على مسافات تطورية طويلة ، بينما تحورت الروابط لدرجة أنه لا يمكن التعرف على العلاقات الهيكلية. ومع ذلك ، حددنا حالات أخرى ، حيث الروابط و تم حفظ مستقبلاتها على مدى فترة تطورية طويلة من الزمن ، مثل الببتيدات العصبية للثدييات ، الأوكسيتوسين والفازوبريسين والببتيد العصبي الحشري المتطابق تقريبًا إينوتوسين و GPCRs. تم حفظ جزيئات الإشارة هذه لأكثر من 700 مليون سنة.

نقوم حاليًا بتنفيذ العديد من المشاريع البحثية حول البيولوجيا العصبية للافقاريات المهمة طبياً أو زراعياً أو تطورياً. في إحداها ، نقوم بفحص علم الغدد الصماء العصبية للقراد. هذه المفصليات هي طفيليات خارجية وناقلات (ناقلات مسببة للأمراض) تتغذى بالدم للعديد من الأمراض البشرية الخطيرة ، مثل مرض لايم والتهاب السحايا.

في مشاريع بحثية أخرى ، نتحرى الأصول التطورية للجهاز العصبي. تطورت الخلايا العصبية في metazoans القاعدية منذ أكثر من 700 مليار سنة. في أحد المشاريع ، نركز على حيوانات Placozoans ، وهي حيوانات بدائية صغيرة على شكل قرص (& lt1mm) ، تحتوي على ببتيدات عصبية ، ولكن لا توجد خلايا عصبية. في مشروع آخر ، ندرس الجهاز العصبي للحيوانات اللعابية (الحيوانات البدائية مثل العداروقنديل البحر والشعاب المرجانية). هذه الحيوانات ، التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالحيوانات المسطحة ، لديها نظام عصبي ببتيدجي متطور.


الجهاز العصبي

ال الجهاز العصبي هو جزء من جسم حيوان ينسق سلوكه وينقل الإشارات بين مناطق مختلفة من الجسم. يكتشف الجهاز العصبي التغيرات البيئية التي تؤثر على الجسم ، ثم يعمل جنبًا إلى جنب مع جهاز الغدد الصماء للاستجابة لمثل هذه الأحداث. نما النسيج العصبي لأول مرة في الديدان منذ حوالي 550 إلى 600 مليون سنة. تتكون اللافقاريات من جزأين رئيسيين ، يسمى الجهاز العصبي المركزي (CNS) والجهاز العصبي المحيطي (PNS). يحتوي الجهاز العصبي المركزي على الدماغ والنخاع الشوكي. يتكون الجهاز العصبي المحيطي بشكل أساسي من الأعصاب ، وهي حزم مغلقة من الألياف الطويلة أو المحاور التي تربط الجهاز العصبي المركزي بكل جزء من الجسم. جميع الكائنات الحية قادرة على اكتشاف التغيرات في نفسها وفي بيئتها. تشمل التغييرات في البيئة الخارجية الضوء ودرجة الحرارة والصوت والسرعة والرائحة ، لكن التغييرات في البيئة الداخلية تشمل الرأس والأطراف وكذلك الأعضاء الداخلية. يعمل كل من الجهاز العصبي اللاإرادي والمعوي طواعية. تسمى الأعصاب التي تخرج من وظيفة الجمجمة بالأعصاب القحفية والأعصاب التي تخرج من الحبل الشوكي تسمى الأعصاب الشوكية.

على المستوى الخلوي ، يتم تعريف الجهاز العصبي من خلال وجود نوع خاص من الخلايا ، يسمى الخلايا العصبية ، والمعروف أيضًا باسم & # 8220 خلية عصبية. & # 8221 الخلايا العصبية لها خصائص خاصة تسمح لها بنقل الإشارات بسرعة وبدقة إلى خلايا أخرى. هناك نوعان شائعان من الجهاز العصبي ، المنتشر والمركزي. في نظام النوع المنتشر الموجود في المنطقة الأقل توغلاً ، لا يوجد دماغ ، ويتم توزيع الخلايا العصبية في جميع أنحاء الكائن الحي في نمط يشبه الشبكة. يلعب المتغير الأعلى وجزء من الجهاز العصبي في الجهاز المركزي للحبل الشوكي دورًا مؤثرًا في تنسيق المعلومات وإدارة الاستجابات. قد يتم إثارة الخلية التي تتلقى إشارات متشابكة من الخلايا العصبية أو تثبيطها أو تحويلها بطريقة أخرى. يمكن أن تشكل الاتصالات بين الخلايا العصبية مسارات عصبية ودوائر عصبية وشبكات أكبر تخلق تصورًا لكائن حي للعالم وتحدد سلوكه. بالإضافة إلى الخلايا العصبية ، يحتوي الجهاز العصبي أيضًا على خلايا متخصصة أخرى تسمى الخلايا الدبقية (أو الدبقية ببساطة) التي توفر الدعم الهيكلي والتمثيل الغذائي. تشير الدلائل الحديثة إلى أن الدبقية قد تلعب أيضًا دورًا مهمًا في الإشارة.

يحتوي الجهاز العصبي البشري على حوالي 10 مليارات خلية عصبية. الحيوانات الوحيدة متعددة اللغات التي لا تتعرض لأدنى ضرر للجهاز العصبي هي الإسفنج ، و placozoans و mesosoans ، التي تكون مخططات جسمها بسيطة للغاية. تتكون الأجهزة العصبية للكائنات المتناظرة شعاعيًا من شبكة عصبية منتشرة. يتم التعبير عنها من خلال النشاط العصبي في أجزاء مختلفة من الجسم اعتمادًا على الفرد ولا تعتمد على أي خلية مهيمنة ظاهريًا. في الطرف الآخر من الطيف ، قد يكون التحفيز غير مباشر ، مثل صوت قطع الصخور في غابة هادئة ، مما يشير إلى انزلاق حيوان. هذا يمكن أن يؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل. حجم الجهاز العصبي إن تسلسل 300 مليار خلية في البشر يبدأ من بضع مئات من خلايا أبسط الديدان.

يعمل الجهاز العصبي المركزي على نقل الإشارات من خلية إلى أخرى أو الإرسال والاستجابة من جزء من الجسم إلى جزء آخر. يمكن أن يحدث ضرر جسدي بسبب العيوب الوراثية أو الصدمة أو السمية أو العدوى أو تلف الجهاز العصبي بسبب الشيخوخة. يمد أعصاب أنسجة القلب والعضلات الملساء (& # 8220innate & # 8221). يتكون الجهاز العصبي اللاإرادي من عنصرين يعملان كأضداد لبعضهما البعض: الجهاز العصبي الودي ، المسؤول عن الجسم & # 8217 s & # 8220 fight-or-plane & # 8221 استجابة الخطر ، والجهاز العصبي السمبتاوي الذي يهدئ الجسم. المشكلة الأكثر شيوعًا في الجهاز العصبي المحيطي هي فشل التوصيل العصبي الذي يمكن أن ينتج عن مجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك الاعتلال العصبي السكري وأمراض التعتيم مثل التصلب المتعدد والتصلب الجانبي الضموري. علم الأعصاب هو مجال علمي يركز على دراسة الجهاز العصبي.


IU هي الشركة الرائدة عالميًا في علم وراثة ذبابة الفاكهة ، وهي طريقة معترف بها من قبل جائزة نوبل في الطب لعام 2017

images / dams / hcpagqutkj_w1024.jpg "/> عرض صورة جودة الطباعة يقوم العاملون في IU Drosophila Stock Center بإعداد عينات من ذباب الفاكهة المعدلة وراثيًا في قاعة الأردن لشحنها إلى مختبرات الأبحاث في جميع أنحاء العالم. تصوير إريك رود ، IU Communications

مُنحت جائزة نوبل لعام 2017 في & # 160 في الفسيولوجيا أو الطب في 2 أكتوبر / تشرين الأول لثلاثة علماء لأبحاثهم حول الساعة الداخلية للجسم ، أو "إيقاع الساعة البيولوجية".

بدءًا من الثمانينيات ، عزل جيفري هول ومايكل روسباش ومايكل يونغ جينًا في ذباب الفاكهة ، أو ذبابة الفاكهة سوداء البطنالتي تتحكم في تكوين البروتين وتدميره يوميًا. من خلال دراسة الجزيئات التي تنظم هذا الجين ، حدد الفريق الآليات الجينية للساعة البيولوجية.

تعتبر جامعة إنديانا على نطاق واسع كرائدة في دعم الأبحاث من النوع الذي أدى إلى اكتشاف نوبل 2017 بسبب ثلاثة مرافق عالمية المستوى ممولة اتحاديًا تدعم استخدام ذباب الفاكهة في الدراسة الجينية: مركز ذبابة الفاكهة مركز موارد علوم الجينوم ذبابة الفاكهة و FlyBase.

قال دان تريسي ، زميل وأستاذ رقم 160 في كلية آي يو بلومينجتون للفنون والعلوم بقسم الأحياء: "على الرغم من وجود آخر سلف مشترك للذباب والبشر منذ أكثر من 600 مليون سنة ، إلا أن الذباب والبشر متشابهان جدًا على المستوى الجيني". ، الذي قام مختبره بعزل 36 جينًا تشارك في حساسية الألم باستخدام ذباب الفاكهة. "المخلوق البدائي الذي تطورت أحفاده إلى ذباب والبشر لديهم العديد من الأعضاء نفسها مثلنا - الجهاز العصبي وبعض الوسائل لاكتشاف المحفزات الخارجية ، على سبيل المثال. وهذا يعني أن دراسة أشكال الحياة الأبسط تخبرنا غالبًا كيف أن نفس الجينات العمل في الناس ".

images / dams / a53hwv9mo0_w768.jpg "/> عرض صورة جودة الطباعة ذبابة الفاكهة في الأنواع ذبابة الفاكهة سوداء البطن& # 65279. الصورة مجاملة توماس ويدرا (ويكيميديا ​​كومنز)

هذه & # 160 "الجينات المحفوظة تطوريًا" ، & # 160 التي لم تتغير وظيفتها الأساسية بمرور الوقت ، لأنه بمجرد أن يجد التطور حلولًا للمشكلات الأساسية - امتصاص العناصر الغذائية في البيئة أو التخلص من النفايات من الخلية ، على سبيل المثال - the process tends not to change unnecessarily. As a result, many key genetic sequences are found across the tree of life. Approximately 70 percent of the human genes associated with disease are also found in the fruit fly.

"With three critical National Institutes of Health-funded centers that support ذبابة الفاكهة research globally, IU Bloomington is the 'mecca' of the ذبابة الفاكهة world," said Andrew Zelhof, an associate professor in the IU Bloomington College of Arts and Sciences' Department of Biology and director of the Drosophila Genomics Resource Center. "The success of ذبابة الفاكهة research as a field has been partly due to the dedicated efforts of these resource centers to provide ذبابة الفاكهة researchers with equal access to information and resources."

Established in 1987, the Drosophila Stock Center currently maintains 63,000 genetically different fruit fly strains with mutations for studying various diseases or biological pathways in fields such as genetics, molecular biology, cell biology and developmental biology. These strains can also be shipped to researchers across the globe, with about 217,000 living fruit fly samples distributed in 2016 alone. Located on the fifth floor of Jordan Hall on the IU Bloomington campus, the center employs over 60 people. The co-director of the Drosophila Stock Center is Thomas Kaufman, IU Distinguished Professor in the Department of Biology.

More recently, IU established the Drosophila Genomics Resource Center with $2.7 million from the NIH in 2003. Working closely with the Drosophila Stock Center, the Drosophila Genomics Resource Center provides the research community with broader access to genomics resources on fruit flies by acquiring, archiving, curating and distributing these essential genetic tools. The center also supports improved research protocols on fruit fly research provides email and telephone support and engages in outreach at national conferences. The center's grant was most recently renewed in 2013 with $3.2 million from the NIH.

IU's third internationally recognized Drosophila resource is  FlyBase , the most comprehensive database of fruit fly DNA sequence information in the world. The database was created 25 years ago and is currently  funded by $20 million from the NIH , $3 million of which goes to IU Bloomington. The FlyBase consortium includes Harvard University, and Cambridge University in the U.K. Kaufman is director of the IU FlyBase facility.

images/dams/txxclczb9f_w768.jpg" />View print quality image IU Distinguished Professor Thomas Kaufman, center, is co-director of the IU Drosophila Stock Center. Kevin Cook, left, is director of collections management. Kim Cook, right, is laboratory manager. Kaufman also serves as director of the IU FlyBase facility.

It's estimated that IU hosts at least eight labs in the Department of Biology that rely upon the tools and genetically tailored fruit flies of these three research centers. These include the labs of Brian Calvi, a professor who studies DNA replication Justin Kumar, a professor who studies eye development and Nicholas Sokol, an associate professor who studies microRNA. Others include professor Richard Hardy and assistant professor Irene Newton, who study the blockage of virus transmission in insects infected with Wolbachia bacteria assistant professor Jason Tennessen, who studies similarities between early cellular growth in fruit flies and cancer and Zelhof, who also studies eye development in fruit flies to advance genetic treatments for eye disease in people.

"IU is truly the center of the ذبابة الفاكهة universe," Newton said. "We use lots of fly resources, and they are phenomenal. This year's Nobel is really a celebration of basic research and how studying genetically conserved biological mechanisms in ذبابة الفاكهة -- including the circadian clock -- can teach us a lot about our own biology."

This year's award is also the fifth Nobel Prize in Physiology or Medicine to recognize research on ذبابة الفاكهة, starting with the original prize in 1933 to Thomas Hunt Morgan, who used flies to reveal how physical traits are passed down through generations, and the second prize in 1934 to Hermann Muller, who discovered that X-rays induce mutations in flies. The other prizes for research on ذبابة الفاكهة were the 1995 prize for the identification of genes controlling basic developmental processes and the 2011 prize on inherited versus acquired immunity.


شاهد الفيديو: رحلة عبر جهازك العصبي (كانون الثاني 2022).