alışma, anestezi ilacının nasıl bilinç kaybına yol açtığını ortaya koyuyor.

Genel anestezide sıklıkla kullanılan bir ilaç olan propofol, beynin stabilite ve uyarılabilirlik arasındaki normal dengesini bozuyor.

Anestezistlerin hastalarda bilinç kaybı yaratmak için kullanabilecekleri birçok ilaç vardır. Bu ilaçların beynin bilincini nasıl kaybettiği uzun zamandır sorulan bir sorudur, ancak MIT nörobilimcileri artık bu soruyu yaygın olarak kullanılan bir anestezi ilacı için yanıtladı.

Nöron aktivitesini analiz etmek için yeni bir teknik kullanan araştırmacılar, propofol ilacının beynin stabilite ve uyarılabilirlik arasındaki normal dengesini bozarak bilinç kaybına neden olduğunu keşfettiler. İlaç, beyin bilincini kaybedene kadar beyin aktivitesinin giderek daha dengesiz hale gelmesine neden olur.

“Beyin, uyarılabilirlik ve kaos arasındaki bu bıçak sırtında çalışmak zorundadır. Nöronlarının birbirini etkilemesi için yeterince uyarılabilir olması gerekir, ancak çok fazla uyarılabilir hale gelirse kaosa sürüklenir. Propofol, beyni bu dar çalışma aralığında tutan mekanizmaları bozuyor gibi görünüyor,” diyor MIT’nin Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü üyesi ve Picower Nörobilim Profesörü Earl K. Miller.

Bugün Neuron’da bildirilen yeni bulgular , araştırmacıların genel anestezi altındaki hastaları izlemek için daha iyi araçlar geliştirmesine yardımcı olabilir.

Miller ve beyin ve bilişsel bilimler profesörü, K. Lisa Yang Bütünleşik Hesaplamalı Sinirbilim Merkezi (ICoN) müdürü ve MIT McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü üyesi Ila Fiete, yeni çalışmanın kıdemli yazarlarıdır. MIT lisansüstü öğrencisi Adam Eisen ve MIT doktora sonrası araştırmacısı Leo Kozachkov ise makalenin baş yazarlarıdır.

Bilincini kaybetmek

Propofol, beyindeki GABA reseptörlerine bağlanan ve bu reseptörlere sahip nöronları inhibe eden bir ilaçtır. Diğer anestezi ilaçları farklı reseptör tipleri üzerinde etki eder ve tüm bu ilaçların bilinç kaybına nasıl yol açtığının mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır.

Miller, Fiete ve öğrencileri, propofolün ve muhtemelen diğer anestezi ilaçlarının “dinamik stabilite” olarak bilinen bir beyin durumuna müdahale ettiği hipotezini ortaya attılar. Bu durumda, nöronlar yeni girdiye yanıt vermek için yeterli uyarılabilirliğe sahiptir, ancak beyin kontrolü hızla yeniden kazanabilir ve aşırı uyarılmalarını önleyebilir.

Anestezi ilaçlarının bu dengeyi nasıl etkilediğine dair önceki çalışmalar çelişkili sonuçlar bulmuştur: Bazıları anestezi sırasında beynin çok sabit ve tepkisiz hale gelmeye doğru kaydığını ve bunun da bilinç kaybına yol açtığını öne sürmüştür. Diğerleri beynin çok uyarılabilir hale geldiğini ve bunun da bilinç kaybına yol açan kaotik bir duruma yol açtığını bulmuştur.

Bu çelişkili sonuçların bir nedeni de beyindeki dinamik stabiliteyi doğru bir şekilde ölçmenin zor olmasıdır. Bilinç kaybolduğunda dinamik stabiliteyi ölçmek, araştırmacıların bilinçsizliğin çok fazla stabiliteden mi yoksa çok az stabiliteden mi kaynaklandığını belirlemelerine yardımcı olacaktır.

Bu çalışmada araştırmacılar, bir saat boyunca propofol alan ve bu süre zarfında bilinçlerini kademeli olarak kaybeden hayvanların beyinlerinde yapılan elektriksel kayıtları analiz ettiler. Kayıtlar, görme, ses işleme, mekansal farkındalık ve yönetici işlevle ilgili olan beynin dört bölgesinde yapıldı.

Bu kayıtlar beynin genel aktivitesinin yalnızca küçük bir kısmını kapsıyordu, bu yüzden araştırmacılar bunu aşmak için gecikme yerleştirme adı verilen bir teknik kullandılar. Bu teknik araştırmacıların, her ölçümü daha önce kaydedilen ölçümlerle zenginleştirerek sınırlı ölçümlerden dinamik sistemleri karakterize etmelerine olanak tanır.

Araştırmacılar bu yöntemi kullanarak beynin sesler gibi duyusal girdilere veya sinirsel aktivitenin kendiliğinden bozulmasına nasıl tepki verdiğini nicel olarak belirleyebildiler.

Normal, uyanık durumda, herhangi bir girdiden sonra sinirsel aktivite yükselir, sonra temel aktivite seviyesine geri döner. Ancak, propofol dozajı başladıktan sonra, beynin bu girdilerden sonra temel seviyesine geri dönmesi daha uzun sürmeye başladı ve aşırı heyecanlı bir durumda kaldı. Bu etki, hayvanlar bilincini kaybedene kadar giderek daha belirgin hale geldi.

Araştırmacılar, bunun propofolün nöron aktivitesini engellemesinin artan dengesizliğe yol açarak beynin bilincini kaybetmesine neden olduğunu gösteriyor.

Daha iyi anestezi kontrolü

Araştırmacılar bu etkiyi bir hesaplama modelinde tekrarlayıp tekrarlayamayacaklarını görmek için basit bir sinir ağı oluşturdular. Ağdaki belirli düğümlerin inhibisyonunu, propofolün beyinde yaptığı gibi artırdıklarında, ağ aktivitesi araştırmacıların propofol alan hayvanların beyinlerinde gördükleri dengesiz aktiviteye benzer şekilde dengesizleşti.

“Birbirine bağlı nöronların basit bir devre modeline baktık ve bunda inhibisyon gördüğümüzde bir dengesizlik gördük. Yani, önerdiğimiz şeylerden biri, inhibisyondaki artışın dengesizliğe yol açabileceği ve bunun da daha sonra bilinç kaybına yol açabileceğidir,” diyor Eisen.

Fiete’nin açıkladığı gibi, “Bu paradoksal etki, engellemeyi artırmanın ağı susturmak veya sabitlemek yerine istikrarsızlaştırması, engellemenin kaldırılması nedeniyle meydana gelir. Propofol engelleme dürtüsünü artırdığında, bu dürtü diğer engelleme nöronlarını engeller ve sonuç olarak beyin aktivitesinde genel bir artış olur.”

Araştırmacılar, farklı nöron ve reseptör tipleri üzerinde etki eden diğer anestezik ilaçların, farklı mekanizmalar yoluyla aynı etkiyi yaratabileceğinden şüpheleniyorlar; şu anda bu olasılığı araştırıyorlar.

Eğer bu doğruysa, araştırmacıların bir hastanın deneyimlediği anestezi seviyesini daha hassas bir şekilde kontrol etmenin yollarını geliştirme yönündeki devam eden çabalarına yardımcı olabilir. Miller’ın MIT’de Edward Hood Taplin Tıp Mühendisliği Profesörü olan Emery Brown ile birlikte üzerinde çalıştığı bu sistemler, beynin dinamiklerini ölçerek ve ardından ilaç dozlarını buna göre gerçek zamanlı olarak ayarlayarak çalışır.

Miller, “Farklı anestezikler arasında ortak mekanizmalar bulursanız, tüm farklı anestezikler için tek tek güvenlik protokolleri geliştirmek zorunda kalmak yerine, birkaç düğmeyi ayarlayarak hepsini daha güvenli hale getirebilirsiniz” diyor. “Ameliyathanede kullanılacak her anestezik için farklı bir sistem istemezsiniz. Her şeyi yapacak bir sistem istersiniz.”

Araştırmacılar, dinamik stabiliteyi ölçme tekniklerini nöropsikiyatrik bozukluklar da dahil olmak üzere diğer beyin durumlarına da uygulamayı planlıyor.

Fiete, “Bu yöntem oldukça güçlü ve bunu farklı beyin durumlarına, farklı anestezik tiplerine ve ayrıca depresyon ve şizofreni gibi diğer nöropsikiyatrik durumlara uygulamanın çok heyecan verici olacağını düşünüyorum” diyor.

Araştırma, Deniz Kuvvetleri Araştırma Ofisi, Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü, Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü, Ulusal Bilim Vakfı Bilgisayar ve Bilişim Bilimi ve Mühendisliği Müdürlüğü, Simons Sosyal Beyin Merkezi, Simons Küresel Beyin İşbirliği, JPB Vakfı, McGovern Enstitüsü ve Picower Enstitüsü tarafından finanse edildi.

Kaynak için Buraya tıklayabilirsin.

Birden fazla beyin bölgesi üzerinde yapılan çalışma, Alzheimer’a karşı hassasiyeti ve dayanıklılık faktörlerini ortaya koyuyor.

Genomik ve laboratuvar çalışmaları, Reelin’in nöronal kırılganlık karşısındaki kilit rolü ve bilişi sürdürmede kolin ve antioksidanların rolü de dahil olmak üzere çok sayıda bulguyu ortaya koyuyor.

Nature dergisinde bugün yayımlanan , MIT tarafından yapılan ve erişime açık bir araştırma, Alzheimer hastalığında belirli hücrelerin ve devrelerin nasıl savunmasız hale geldiğine dair yeni kanıtlar sunuyor ve bazı kişilerin, hastalık patolojisinin açık belirtilerine rağmen bilişsel gerilemeye karşı dayanıklılık göstermesine yardımcı olabilecek diğer faktörlere odaklanıyor. 

Bilişsel işlevleri ve hafızayı sürdürmeye yönelik müdahaleler için potansiyel hedefleri vurgulamak amacıyla yazarlar, Alzheimer hastalığı olan ve olmayan kişilerde birden fazla beyin bölgesindeki gen ifadesinin yeni bir karşılaştırmasını yaptılar ve önemli bulgularını test etmek ve doğrulamak için laboratuvar deneyleri yürüttüler.

Beyin hücrelerinin hepsinin DNA’sı aynıdır ancak onları hem kimlikleri hem de aktiviteleri açısından farklı kılan şey, bu genleri nasıl ifade ettiklerine dair kalıplarıdır. Yeni analiz, 48 doku donöründen altı beyin bölgesindeki 70’ten fazla hücre tipinde 1,3 milyondan fazla hücrede gen ifadesi farklılıklarını ölçtü; bunlardan 26’sı Alzheimer teşhisiyle ve 22’si ise teşhisi olmadan öldü. Bu nedenle çalışma, Alzheimer hastalığı sırasında beyin hücresi aktivitesinin hücre tipine, beyin bölgesine, hastalık patolojisine ve her bir kişinin hayattayken bilişsel değerlendirmesine göre nasıl farklılık gösterdiğine dair benzersiz derecede büyük, kapsamlı ve yine de ayrıntılı bir muhasebe sağlıyor.

“Belirli beyin bölgeleri Alzheimer’da savunmasızdır ve bu bölgelerin veya belirli hücre tiplerinin nasıl savunmasız olduğunu anlamak için önemli bir ihtiyaç vardır,” diyor ortak kıdemli yazarlardan Li-Huei Tsai , Picower Nörobilim Profesörü ve MIT’deki Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü ve Yaşlanan Beyin Girişimi direktörü . “Ve beyin sadece nöronlardan ibaret değildir. Birçok başka hücre tipi vardır. Bu hücre tiplerinin nerede olduklarına bağlı olarak nasıl farklı tepki verebilecekleri, henüz incelemeye başladığımız büyüleyici bir konudur.”

Bilgisayar bilimi profesörü ve MIT Hesaplamalı Biyoloji Grubu başkanı olan kıdemli ortak yazar Manolis Kellis , gen ifadesi karşılaştırmalarını ölçmek için kullanılan tekniği, yani tek hücreli RNA profillemesini, bir asırdan fazla bir süre önce Alois Alzheimer’ın hastalığın patolojisini karakterize etmesini sağlayan mikroskoplardan çok daha gelişmiş bir “mikroskop” olarak nitelendiriyor.

Kellis, “Alzheimer mikroskobunda amiloid protein plakları ve fosforlanmış tau düğümleri görürken, bizim tek hücreli ‘mikroskopumuz’ bize patolojiye yanıt olarak hücre hücre ve gen gen binlerce ince ama önemli biyolojik değişim hakkında bilgi veriyor,” diyor. “Bu bilgileri hastaların bilişsel durumuyla ilişkilendirmek, hücresel yanıtların bilişsel kayıp veya dayanıklılıkla nasıl ilişkili olduğunu ortaya koyuyor ve bilişsel kaybı tedavi etmek için yeni yollar önermeye yardımcı olabilir. Patoloji, bilişsel gerileme teşhis edilmeden önce bilişsel semptomlardan bir veya iki on yıl önce ortaya çıkabilir. Bu aşamada patoloji hakkında yapabileceğimiz fazla bir şey yoksa, en azından bilişsel işlevi koruyan hücresel yolları korumaya çalışabiliriz.”

Tsai Laboratuvarı’nda eski bir MIT doktora sonrası araştırmacısı olan ve şu anda Pittsburgh Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Hansruedi Mathys; Kellis’in laboratuvarında eski bir lisansüstü öğrencisi olan ve şu anda Harvard Tıp Fakültesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Carles Boix PhD ’22; ve Tsai’nin laboratuvarında lisansüstü öğrencisi olan Leyla Akay, prefrontal korteks, entorinal korteks, hipokampüs, anterior talamus, angular girus ve orta temporal korteksi analiz eden çalışmaya öncülük etti. Beyin örnekleri Rush Üniversitesi’ndeki Dini Tarikat Çalışması ve Rush Hafıza ve Yaşlanma Projesi’nden geldi.

Sinirsel kırılganlık ve Reelin

Alzheimer’daki amiloid patolojisinin ve nöron kaybının en erken belirtilerinden bazıları, hipokampüs ve entorinal korteks adı verilen hafıza odaklı bölgelerde görülür. Araştırmacılar, bu bölgelerde ve serebral korteksin diğer kısımlarında olası bir nedeni saptayabildiler. Hipokampüsteki bir tür uyarıcı nöron ve entorinal korteksteki dört nöron, Alzheimer’lı kişilerde olmayan kişilere göre önemli ölçüde daha azdı. Bu hücrelerde azalma olan kişiler bilişsel değerlendirmelerde önemli ölçüde daha kötü performans gösterdi. Dahası, birçok savunmasız nöron ortak bir nöronal devrede birbirine bağlıydı. Ve en önemlisi, birçoğu doğrudan Reelin adı verilen bir proteini ifade ediyordu veya Reelin sinyallemesinden doğrudan etkilenmişti. Dolayısıyla, bulgular genel olarak, kaybı bilişsel yeteneklerin azalmasıyla ilişkili olan, nöronal bir devreyi ve moleküler bir yolu paylaşan özellikle savunmasız nöronları belirgin şekilde vurguluyor.

Tsai, Reelin’in Kolombiya’daki bir adam üzerinde yapılan son bir çalışma nedeniyle Alzheimer araştırmalarında öne çıktığını belirtiyor . Reelin geninde proteinin daha aktif olmasına neden olan nadir bir mutasyon vardı ve erken başlangıçlı Alzheimer’a karşı güçlü bir aile yatkınlığına sahip olmasına rağmen ileri yaşta bilişsel olarak sağlıklı kalabilmişti. Yeni çalışma, Reelin üreten nöronların kaybının bilişsel gerilemeyle ilişkili olduğunu gösteriyor. Hepsi bir arada ele alındığında, beynin Reelin’den faydalandığı, ancak onu üreten nöronların en azından bazı Alzheimer hastalarında kaybolabileceği anlamına gelebilir.

Akay, “Reelin’in belki bir tür koruyucu veya faydalı etkiye sahip olduğunu düşünebiliriz” diyor. “Ancak ne işe yaradığını veya dayanıklılığı nasıl sağlayabileceğini henüz bilmiyoruz.”

Araştırmacılar daha detaylı analizlerde, daha önce bu gruptan yapılan bir çalışmada tanımlanan prefrontal korteksteki özellikle hassas inhibitör nöron alt tiplerinin de Reelin sinyallemesinde rol oynadığını buldular ve bu durum molekülün ve sinyal yolunun önemini daha da güçlendirdi.

Sonuçlarını daha fazla kontrol etmek için ekip, doğrudan insan beyin dokusu örneklerini ve iki tür Alzheimer model faresinin beyinlerini inceledi. Gerçekten de, bu deneyler insan ve fare entorinal korteksindeki Reelin pozitif nöronlarda bir azalma gösterdi.

Astrositlerde kolin metabolizmasıyla ilişkili dayanıklılık

Bilişi patolojiye rağmen koruyabilecek faktörleri bulmak için ekip, hangi genlerin, hangi hücrelerde ve hangi bölgelerde, gözlemlenen patoloji göz önüne alındığında beklenen tipik bilişsel kaybın üzerinde, kalıntı bilişsel işlev olarak tanımladıkları bilişsel dayanıklılıkla en yakından ilişkili olduğunu inceledi.

Analizleri şaşırtıcı ve belirli bir yanıt verdi: Birkaç beyin bölgesinde, antioksidan aktivite ve kolin metabolizması ve poliamin biyosentezi ile ilişkili genleri ifade eden astrositler, yüksek tau ve amiloid seviyelerine rağmen, sürdürülebilir bilişle önemli ölçüde ilişkiliydi. Sonuçlar, Tsai ve Susan Lundqvist tarafından yönetilen ve kolin diyet takviyesinin astrositlerin en önemli Alzheimer risk geni olan APOE4 varyantının neden olduğu lipit düzensizliğiyle başa çıkmasına yardımcı olduğunu gösteren önceki araştırma bulgularını destekledi. Antioksidan bulguları ayrıca, anti-inflamatuar özelliklere sahip olabilecek bir diyet takviyesi olarak bulunabilen spermidin adlı bir moleküle işaret etti, ancak böyle bir ilişkinin nedensel olarak kurulması için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.

Daha önce olduğu gibi, ekip tek hücreli RNA ifade analizinden elde edilen tahminlerin ötesine geçerek örneklerin beyin dokusunda doğrudan gözlemler yaptı. Bilişsel olarak dayanıklı bireylerden gelenler, bilişsel dayanıklılıkla ilişkili olduğu tahmin edilen astrosit ifadeli genlerin birkaçının ifadesinde artış gösterdi.

Yeni analiz yöntemi, açık veri seti

Tek hücreli verilerin dağlarını analiz etmek için araştırmacılar, koordineli olarak ifade edilen gen gruplarına (gen modülleri olarak bilinir) dayanan yeni ve sağlam bir metodoloji geliştirdiler; böylece aynı modüldeki işlevsel olarak ilişkili genler arasındaki ifade korelasyon modellerinden yararlandılar.

Kellis, “Prensipte, incelediğimiz 1,3 milyon hücre, 20.000 genini astronomik sayıda farklı kombinasyonda kullanabilirdi,” diye açıklıyor. “Ancak pratikte, koordineli değişikliklerin çok daha küçük bir alt kümesini gözlemliyoruz. Bu koordineli kalıpları tanımak, çok daha sağlam değişiklikler çıkarsamamızı sağlıyor, çünkü bunlar aynı işlevsel olarak bağlı modüldeki birden fazla gene dayanıyor.”

Şu benzetmeyi sundu: Vücutlarında birçok eklem bulunan insanlar her türlü çılgınca şekilde hareket edebilirler, ancak pratikte yürüme, koşma veya dans etme gibi çok daha az koordineli hareketler yaparlar. Yeni yöntem, bilim insanlarının bu tür koordineli gen ifadesi programlarını bir grup olarak tanımlamasını sağlar.

Kellis ve Tsai’nin laboratuvarları veri setinden birkaç kayda değer bulguyu bildirmiş olsa da araştırmacılar, veri hazinesinde daha birçok olası önemli keşfin bulunmayı beklediğini düşünüyor. Bu tür keşifleri kolaylaştırmak için ekip, Kellis’in web sitesinde verilerle birlikte kullanışlı analitik ve görselleştirme araçları yayınladı .

“Veri seti inanılmaz derecede zengin. Sadece çok, çok ilginç olduğuna inandığımız birkaç önemli noktaya odaklandık, ancak bu veri setiyle öğrenilebilecek şeyleri kesinlikle tüketmedik,” diyor Kellis. “Önümüzde çok daha fazla keşif bekliyoruz ve genç araştırmacıların (her yaştan) hemen konuya dalıp bizi çok daha fazla içgörüyle şaşırtmasını umuyoruz.”

Kellis, araştırmacıların ileride farklı şekilde ifade edilen genlerle ilişkili kontrol devrelerini inceleyerek, beyin bölgeleri, hücre tipleri ve hastalığın farklı evreleri boyunca hastalık devrelerini tersine çevirmek için modüle edilebilen genetik varyantları, düzenleyicileri ve diğer sürücü faktörleri anlamaya çalıştıklarını söylüyor.

Araştırmanın diğer yazarları arasında Ziting Xia, Jose Davila Velderrain, Ayesha P. Ng, Xueqiao Jiang, Ghada Abdelhady, Kyriaki Galani, Julio Mantero, Neil Band, Benjamin T. James, Sudhagar Babu, Fabiola Galiana-Melendez, Kate Louderback, Dmitry yer alıyor. Prokopenko, Rudolph E. Tanzi ve David A. Bennett.

Araştırmaya destek verenler arasında Ulusal Sağlık Enstitüleri, Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü, JPB Vakfı, Cure Alzheimer’s Fund, Robert A. ve Renee E. Belfer Aile Vakfı, Eduardo Eurnekian ve Joseph DiSabato yer alıyor.

Kaynak

Kimyagerler ilaç olarak potansiyel taşıyan bitki kökenli molekülleri sentezliyor.

Oligosiklotriptamin olarak bilinen büyük, çok halkalı moleküller şimdiye kadar laboratuvarda üretilmemişti.

MIT kimyagerleri, başlangıçta bitkilerden izole edilen ve antibiyotik, ağrı kesici veya kanser ilacı olarak kullanılma potansiyeli olan karmaşık molekülleri sentezlemenin yeni bir yolunu geliştirdiler.

Oligosiklotriptaminler olarak bilinen bu bileşikler, karbon-karbon bağlarıyla bir araya getirilmiş siklotriptamin adı verilen çoklu trisiklik alt yapılardan oluşur. Bu bileşiklerin yalnızca küçük miktarları doğal olarak mevcuttur ve bunları laboratuvarda sentezlemek zor olduğu kanıtlanmıştır. MIT ekibi, araştırmacıların halkaları hassas bir şekilde birleştirmelerine ve her bir bileşenin ve nihai ürünün 3B yönelimini kontrol etmelerine olanak tanıyan bir şekilde, triptamin türevi bileşenleri bir moleküle tek tek eklemenin bir yolunu buldu.

“Bu bileşiklerin çoğu için, potansiyellerinin kapsamlı bir incelemesini yapmak için yeterli materyal yok. Bu bileşiklere güvenilir bir şekilde erişebilmenin, daha fazla çalışma yapmamızı sağlayacağını umuyorum,” diyor MIT kimya profesörü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Mohammad Movassaghi.

Bu yaklaşım, bilim insanlarının bitkilerde bulunan oligosiklotriptaminleri sentezlemelerine olanak sağlamasının yanı sıra, daha iyi tıbbi özelliklere sahip olabilecek yeni varyantlar veya etki mekanizmalarını ortaya çıkarmaya yardımcı olabilecek moleküler araştırmalar üretmek için de kullanılabilir.

Tony Scott PhD ’23 , bugün Amerikan Kimya Derneği Dergisi’nde yayımlanan makalenin baş yazarıdır .

Füzyon halkaları

Oligosiklotriptaminler, alkaloidler adı verilen bir molekül sınıfına aittir – esas olarak bitkiler tarafından üretilen azot içeren organik bileşikler. Çoğu tropikal ormanlarda bulunan Psychotria olarak bilinen çiçekli bitkilerden en az sekiz farklı oligosiklotriptamin izole edilmiştir.

1950’lerden beri bilim insanları iki siklotriptamin alt birimine sahip dimerik siklotriptaminlerin yapısını ve sentezini inceliyor. Son 20 yılda, dimerleri ve ailenin diğer daha küçük üyelerini karakterize etme ve sentezleme konusunda önemli ilerlemeler kaydedildi. Ancak, hiç kimse altı veya yedi halkanın birbirine kaynaştığı en büyük oligosiklotriptaminleri sentezleyemedi.

Bu molekülleri sentezlemedeki engellerden biri, bir triptamin türevi alt birimin karbon atomu ile bir sonraki alt birimin karbon atomu arasında bir bağ oluşumunu gerektiren bir adımdır. Oligosiklotriptaminler, bu bağlardan iki türe sahiptir ve her ikisi de dört diğer karbonla bağları olan en az bir karbon atomu içerir. Bu ekstra hacim, bu karbon atomlarının reaksiyonlara girmesini daha az erişilebilir hale getirir ve tüm bu bağlantı noktalarında stereokimyayı (karbon etrafındaki atomların yönelimini) kontrol etmek önemli bir zorluk oluşturur.

Movassaghi’nin laboratuvarı, uzun yıllardır, halihazırda diğer atomlarla dolu olan karbon atomları arasında karbon-karbon bağları oluşturmanın yollarını geliştiriyor. 2011 yılında, iki karbon atomunu karbon radikallerine (bir eşleşmemiş elektrona sahip karbon atomları) dönüştürmeyi ve birleşmelerini yönlendirmeyi içeren bir yöntem geliştirdiler. Bu radikalleri oluşturmak ve eşleşmiş birleşmenin tamamen seçici olmasını sağlamak için araştırmacılar önce hedeflenen karbon atomlarının her birini bir azot atomuna bağlar; bu iki azot atomu birbirine bağlanır.

Araştırmacılar, iki nitrojen atomu aracılığıyla birbirine bağlı iki parçayı içeren substrat üzerine belirli dalga boylarında ışık tuttuklarında, bu, iki nitrojen atomunun nitrojen gazı olarak parçalanmasına neden olur ve geride, hemen hemen hemen bir araya gelen, birbirine yakın mesafede bulunan iki çok reaktif karbon radikali bırakır. Bu tür bir bağ oluşumu, araştırmacıların moleküllerin stereokimyasını kontrol etmelerine de olanak sağlamıştır.

Movassaghi,  komünesinler de dahil olmak üzere diğer alkaloid türlerini sentezleyerek diazene-yönlendirilmiş birleştirme adını verdiği bu yaklaşımı gösterdi . Bu bileşikler mantarlarda bulunur ve birbirine bağlanmış iki halka içeren molekülden veya monomerden oluşur. Daha sonra Movassaghi, daha fazla sayıda monomeri birleştirmek için bu yaklaşımı kullanmaya başladı ve sonunda o ve Scott dikkatlerini en büyük oligosiklotriptamin alkaloidlerine çevirdiler.

Geliştirdikleri sentez, doğru bağıl stereokimya ve pozisyon seçiciliğine sahip ek siklotriptamin parçalarının birer birer eklendiği bir siklotriptamin türevi molekülüyle başlar. Bu eklemelerin her biri, Movassaghi’nin laboratuvarının daha önce geliştirdiği diazene yönlendirmeli işlemle mümkün hale gelir.

“Bunun için heyecanlanmamızın nedeni, bu tek çözümün birden fazla hedefi hedeflememize olanak tanıması,” diyor Movassaghi. “Aynı yol, bize doğal ürün ailesinin birden fazla üyesine yönelik bir çözüm sağlıyor çünkü yinelemeyi bir döngü daha uzatarak, çözümünüz artık yeni bir doğal ürüne uygulanıyor.”

“Bir güç gösterisi”

Araştırmacılar bu yaklaşımı kullanarak daha önce hiç yapılmamış bir şekilde altı veya yedi siklotriptamin halkasına sahip moleküller üretmeyi başardılar.

Araştırmaya dahil olmayan Yale Üniversitesi’nde kimya profesörü olan Seth Herzon, “Dünya çapındaki araştırmacılar bu molekülleri üretmenin bir yolunu bulmaya çalışıyor ve bunu başaran ilk kişiler Movassaghi ve Scott oldu” diyor. Herzon, çalışmayı “organik sentezde bir ustalık eseri” olarak tanımladı.

Araştırmacılar artık bu doğal oligosiklotriptaminleri sentezlediklerine göre, potansiyel terapötik aktivitelerinin daha kapsamlı bir şekilde araştırılabilmesi için yeterli miktarda bileşik üretebilmeleri gerekiyor.

Movassaghi, ayrıca, hafifçe farklı siklotriptamin alt birimlerini değiştirerek yeni bileşikler de yaratabilmeleri gerektiğini söylüyor.

“Henüz ele alınmamış karmaşık sistemlerde bir araya getirmek için bu siklotriptamin ünitelerini eklemenin bu çok hassas yolunu kullanmaya devam edeceğiz; buna potansiyel olarak geliştirilmiş özelliklere sahip olabilecek türevler de dahil” diyor.

Araştırma ABD Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü tarafından finanse edildi.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Yeni açık kaynaklı araç beyni çözmeye yardımcı oluyor.

NeuroTrALE yazılım aracı, büyük miktardaki beyin görüntüleme verisini yarı otomatik olarak hızlı ve verimli bir şekilde işlemek üzere tasarlanmıştır.

2023’ün sonlarında, Alzheimer hastalığının ilerlemesini yavaşlatma potansiyeline sahip ilk ilaç  ABD Federal İlaç Dairesi tarafından onaylandı. Alzheimer, dünya nüfusunun sekizde birini etkileyen birçok zayıflatıcı nörolojik rahatsızlıktan biridir ve yeni ilaç doğru yönde atılmış bir adım olsa da, onu ve diğer bu tür hastalıkları tam olarak anlamak için önümüzde hala uzun bir yol var.

MIT Lincoln Laboratuvarı İnsan Sağlığı ve Performans Sistemleri Grubu’ndan teknik personel ve algoritma geliştiricisi Lars Gjesteby, “İnsan beyninin hücresel düzeyde nasıl işlediğine dair karmaşıklıkları yeniden yapılandırmak, sinirbilimdeki en büyük zorluklardan biridir” diyor. “Yüksek çözünürlüklü, ağ bağlantılı beyin atlasları, sağlıklı ve hasta beyinler arasındaki farkları belirleyerek bozukluklar hakkındaki anlayışımızı iyileştirmemize yardımcı olabilir. Ancak, çok büyük beyin görüntüleme veri kümelerini görselleştirmek ve işlemek için yeterli araç olmaması nedeniyle ilerleme engellenmiştir.”

Ağ bağlantılı bir beyin atlası, özünde yapısal bilgileri sinirsel işlevlerle ilişkilendirmeye yardımcı olabilecek ayrıntılı bir beyin haritasıdır. Bu tür atlaslar oluşturmak için beyin görüntüleme verilerinin işlenmesi ve açıklanması gerekir. Örneğin, nöronları birbirine bağlayan her akson veya ince lifin izlenmesi, ölçülmesi ve bilgiyle etiketlenmesi gerekir. Masaüstü tabanlı yazılım veya manuel odaklı araçlar gibi beyin görüntüleme verilerini işlemenin mevcut yöntemleri henüz insan beyni ölçeğindeki veri kümelerini işlemek için tasarlanmamıştır. Bu nedenle, araştırmacılar genellikle ham veriler okyanusunda ilerlemek için çok zaman harcarlar.

Gjesteby, makine öğrenimi, süper bilgisayar ve bu beyin haritalama zorluğuna kolay kullanım ve erişim sağlayan bir yazılım hattı olan Nöron İzleme ve Aktif Öğrenme Ortamı’nı (NeuroTrALE) oluşturmak için bir projeye öncülük ediyor. NeuroTrALE, veri işlemenin çoğunu otomatikleştiriyor ve çıktıyı araştırmacıların verileri düzenleyip belirli kalıpları işaretlemek, filtrelemek ve aramak için işlemelerine olanak tanıyan etkileşimli bir arayüzde görüntülüyor.

Bir yumak ipliği çözmek

NeuroTrALE’nin tanımlayıcı özelliklerinden biri, aktif öğrenme adı verilen kullandığı makine öğrenme tekniğidir. NeuroTrALE’nin algoritmaları, mevcut beyin görüntüleme verilerine dayanarak gelen verileri otomatik olarak etiketlemek üzere eğitilmiştir, ancak yabancı veriler hata potansiyeli sunabilir. Aktif öğrenme, kullanıcıların hataları manuel olarak düzeltmesine olanak tanır ve algoritmaya benzer verilerle karşılaştığında bir dahaki sefere iyileştirmeyi öğretir. Otomasyon ve manuel etiketlemenin bu karışımı, kullanıcıya çok daha az yük bindirerek doğru veri işlemeyi garanti eder.

“Bir yumak ipliğin röntgenini çektiğinizi düşünün. Tüm bu çapraz, üst üste binen çizgileri görürsünüz,” diyor laboratuvarın Homeland Decision Support Systems Group’undan Michael Snyder. “İki çizgi kesiştiğinde, bu, yumak parçalarından birinin 90 derecelik bir bükülme yaptığı anlamına mı gelir, yoksa biri düz yukarı, diğeri düz üzerinden mi gidiyor? NeuroTrALE’nin aktif öğrenmesiyle, kullanıcılar bu yumak ipliklerini bir veya iki kez izleyebilir ve algoritmayı bunları doğru bir şekilde ileriye doğru takip etmesi için eğitebilir. NeuroTrALE olmadan, kullanıcı her seferinde yumak ipliği veya bu durumda insan beyninin aksonlarını izlemek zorunda kalırdı.” Snyder, NeuroTrALE ekibinde çalışan David Chavez ile birlikte bir yazılım geliştiricisidir.

NeuroTrALE etiketleme yükünün büyük kısmını kullanıcıdan aldığı için araştırmacıların daha fazla veriyi daha hızlı işlemesine olanak tanır. Ayrıca, akson izleme algoritmaları, hesaplamaları aynı anda birden fazla GPU’ya dağıtmak için paralel hesaplamayı kullanır ve bu da daha hızlı, ölçeklenebilir işlemeye yol açar. Ekip, NeuroTrALE’yi kullanarak, geleneksel AI yöntemlerine kıyasla 32 gigabayt veriyi işlemek için gereken hesaplama süresinde %90’lık bir azalma gösterdi .

Ekip ayrıca veri hacminde önemli bir artışın işleme süresinde eşdeğer bir artışa dönüşmediğini gösterdi. Örneğin, yakın zamanda yapılan bir çalışmada , veri kümesi boyutunda %10.000’lik bir artışın, iki farklı türde merkezi işlem birimi kullanılarak toplam veri işleme süresinde yalnızca %9 ve %22’lik bir artışa yol açtığını gösterdiler.

“İnsan beyninde 100 trilyon bağlantı yapan tahmini 86 milyar nöronla, tek bir beyindeki tüm aksonları elle etiketlemek ömürler alırdı,” diye ekliyor projenin algoritma geliştiricilerinden Benjamin Roop. “Bu araç, yalnızca bir birey için değil, birçok birey için bağlantı haritalarının oluşturulmasını otomatikleştirme potansiyeline sahip. Bu, beyin hastalıklarını nüfus düzeyinde incelemenin kapısını açıyor.”

Keşfe giden açık kaynaklı yol

NeuroTrALE projesi, Lincoln Laboratuvarı ile MIT kampüsündeki Profesör Kwanghun Chung’un laboratuvarı arasında dahili olarak finanse edilen bir iş birliği olarak oluşturuldu . Lincoln Laboratuvarı ekibi, Chung Laboratuvarı araştırmacılarının MIT SuperCloud’a akan büyük miktardaki beyin görüntüleme verilerinden yararlı bilgiler analiz edip çıkarabilmeleri için bir yol oluşturmalıydı . MIT araştırmalarını desteklemek için Lincoln Laboratuvarı tarafından çalıştırılan bir süper bilgisayardı. Lincoln Laboratuvarı’nın yüksek performanslı bilgi işlem, görüntü işleme ve yapay zeka konusundaki uzmanlığı, bu zorluğun üstesinden gelmek için onu olağanüstü derecede uygun hale getirdi.

2020’de ekip NeuroTrALE’yi SuperCloud’a yükledi ve 2022’de Chung Lab sonuçlar üretiyordu. Science’da yayınlanan bir çalışmada , Alzheimer hastalığıyla ilişkili olarak prefrontal korteks hücre yoğunluğunu ölçmek için NeuroTrALE’yi kullandılar; hastalıktan etkilenen beyinlerin belirli bölgelerinde hücre yoğunluğu, hastalıktan etkilenmeyenlere göre daha düşüktü. Aynı ekip ayrıca beyinde zararlı nöroliflerin Alzheimer’dan etkilenen beyin dokusunda nerede dolanma eğiliminde olduğunu da buldu.

NeuroTrALE üzerindeki çalışmalar, NeuroTrALE’nin yeteneklerini geliştirmek için Lincoln Laboratuvarı finansmanı ve Ulusal Sağlık Enstitüleri’nden (NIH) gelen finansmanla devam etti. Şu anda, kullanıcı arayüzü araçları, nörobilim verileri için açık kaynaklı, web tabanlı bir görüntüleyici uygulaması olan Google’ın Neuroglancer programıyla entegre ediliyor . NeuroTrALE, kullanıcıların açıklamalı verilerini dinamik olarak görselleştirme ve düzenleme ve birden fazla kullanıcının aynı anda aynı verilerle çalışma becerisini ekler. Kullanıcılar ayrıca açıklama görevlerini kolaylaştırmak için çokgenler, noktalar ve çizgiler gibi bir dizi şekil oluşturabilir ve düzenleyebilir ve yoğun bölgelerdeki nöronları ayırt etmek için her açıklama için renk gösterimini özelleştirebilir.

“NeuroTrALE, konteynerler aracılığıyla bağımsız, sanal, bulut ve yüksek performanslı bilgi işlem ortamlarında kolayca ve hızla dağıtılabilen platformdan bağımsız, uçtan uca bir çözüm sunuyor.” diyor laboratuvarın Yapay Zeka Teknolojisi Grubu’ndan yüksek performanslı bilgi işlem mühendisi Adam Michaleas . “Ayrıca, veri görselleştirme ve eş zamanlı içerik incelemesi yoluyla nörobilim topluluğu içinde gerçek zamanlı iş birliği için yetenekler sağlayarak son kullanıcı deneyimini önemli ölçüde iyileştiriyor.”

NIH’nin araştırma ürünlerini paylaşma misyonuyla uyumlu olması için , ekibin hedefi NeuroTrALE’yi herkesin kullanabileceği tamamen açık kaynaklı bir araç haline getirmek. Ve Gjesteby, bu tür bir aracın, araştırma ve nihayetinde ilaç geliştirme için insan beyninin tamamını haritalama nihai hedefine ulaşmak için ihtiyaç duyulan şey olduğunu söylüyor. “Bu, verilerin ve algoritmaların herkes tarafından paylaşılması ve erişilmesinin amaçlandığı, topluluk tarafından yapılan bir tabandan çabadır.”

NeuroTrALE’nin akson izleme , veri yönetimi ve  etkileşimli kullanıcı arayüzü için kod tabanları  açık kaynaklı lisanslar aracılığıyla herkese açıktır.  NeuroTrALE’yi kullanma hakkında daha fazla bilgi için  lütfen Lars Gjesteby ile iletişime geçin.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Çalışma, 40 Hz duyusal uyarının beynin “beyaz maddesini” nasıl koruyabileceğini ortaya koyuyor.

Gama frekanslı ışık ve ses uyarımı fare modellerinde miyelinleşmeyi koruyor ve faydanın altında yatan moleküler mekanizmaları ortaya çıkarıyor.

Alzheimer hastalığı hastalarında erken aşama denemeleri ve hastalığın fare modelleri üzerinde yapılan çalışmalar, 40 hertz (Hz) “gama” bant frekansında sunulan ışık ve sese maruz kalmanın patoloji ve semptomlar üzerinde olumlu etkilere sahip olduğunu ileri sürmüştür. Yeni bir çalışma, 40 Hz duyusal uyarının, nöronların sinyal gönderen dalları olan aksonların miyelin adı verilen yağlı bir yalıtımla sarıldığı temel bir süreci sürdürmeye nasıl yardımcı olduğuna odaklanmıştır. Genellikle beynin “beyaz maddesi” olarak adlandırılan miyelin, aksonları korur ve beyin devrelerinde daha iyi elektrik sinyali iletimi sağlar.

“Laboratuvarımızdan önceki yayınlar esas olarak nöronal korumaya odaklanmıştı,” diyor MIT’deki Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü ve Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümü’nde Picower Profesörü ve Nature Communications’daki yeni açık erişimli çalışmanın kıdemli yazarı Li-Huei Tsai . Tsai ayrıca MIT’nin Yaşlanan Beyin Girişimi’ne liderlik ediyor. “Ancak bu çalışma, bu yöntemle yalnızca gri maddenin değil, aynı zamanda beyaz maddenin de korunduğunu gösteriyor.”

Bu yıl, MIT’nin duyusal uyarım teknolojisini lisanslayan yan şirket olan Cognito Therapeutics, Alzheimer Hastalığı Dergisi’nde 40 Hz ışık ve ses uyarımının Alzheimer’lı gönüllülerde miyelin kaybını önemli ölçüde yavaşlattığını belirten II. faz insan denemesi sonuçlarını yayınladı. Ayrıca bu yıl, Tsai’nin laboratuvarı, gama duyusal uyarımının farelerin miyelini korumak da dahil olmak üzere kemoterapi ilaçlarının nörolojik etkilerine dayanmasına yardımcı olduğunu gösteren bir çalışma yayınladı . Yeni çalışmada, eski doktora sonrası araştırmacı Daniela Rodrigues Amorim liderliğindeki Tsai’nin laboratuvarının üyeleri, duyusal uyarımın miyelinasyonu nasıl koruduğunu keşfetmek için yaygın bir miyelin kaybı fare modeli – kimyasal kuprizon içeren bir diyet – kullandı.

Amorim ve Tsai’nin ekibi, 40 Hz ışık ve sesin kuprizon’a maruz kalan farelerin beyinlerindeki miyelinleşmeyi korumakla kalmayıp, oligodendrositleri (sinir aksonlarını miyelinleştiren hücreler) koruduğu, nöronların elektriksel performansını sürdürdüğü ve akson yapısal bütünlüğünün önemli bir belirtecini koruduğu da ortaya çıktı. Ekip bu faydaların moleküler temellerine baktığında, sinaps adı verilen sinir devresi bağlantılarının korunması; “ferroptoz” adı verilen oligodendrosit ölüm nedeninde azalma; azalmış inflamasyon; ve mikroglia beyin hücrelerinin miyelin hasarını temizleme yeteneğinde artış gibi belirli mekanizmaların açık işaretlerini buldular, böylece yeni miyelin geri kazanılabilirdi.

İrlanda’daki Galway Üniversitesi’nde Marie Curie Üyesi olan Amorim, “Gama uyarımı sağlıklı bir ortamı teşvik ediyor” diyor. “Farklı etkiler gördüğümüz birkaç yol var.”

Çalışmanın yazarları, bulguların gama duyusal uyarımının yalnızca Alzheimer hastalarına değil, aynı zamanda multipl skleroz gibi miyelin kaybıyla ilişkili diğer hastalıklarla mücadele eden kişilere de yardımcı olabileceğini öne sürdüğünü belirtti.

Miyelinin korunması

Çalışmayı yürütmek için Tsai ve Amorim’in ekibi, bazı erkek farelere altı hafta boyunca kuprizon içeren bir diyet uyguladı ve diğer erkek farelere normal bir diyet uyguladı. Bu sürenin yarısında, kuprizonun miyelinleşme üzerinde en akut etkilerini göstermeye başladığı bilindiğinde, her gruptan bazı fareleri kalan üç hafta boyunca gama duyusal uyarımına maruz bıraktılar. Bu şekilde dört grupları oldu: tamamen etkilenmemiş fareler, kuprizon almayan ancak gama uyarımı alan fareler, kontrol olarak kuprizon ve sürekli (ancak 40 Hz değil) ışık ve ses alan fareler ve kuprizon ve ayrıca gama uyarımı alan fareler.

Altı hafta geçtikten sonra bilim insanları her gruptaki farelerin beyinlerindeki miyelinleşme belirtilerini ölçtüler. Beklendiği gibi, kuprizonla beslenmeyen fareler sağlıklı seviyeleri korudu. Kuprizonla beslenen ve 40 Hz gama duyusal uyarımı almayan fareler, ani miyelin kaybı seviyeleri gösterdi. 40 Hz uyarımı alan kuprizonla beslenen fareler, bazı ölçütlerde, ancak tüm ölçütlerde değil, hiç kuprizonla beslenmeyen farelerin sağlığıyla rekabet ederek önemli ölçüde daha fazla miyelin korudu.

Araştırmacılar ayrıca oligodendrosit sayılarına da bakarak duyusal uyarımla daha iyi hayatta kalıp kalmadıklarını incelediler. Birkaç ölçüm, kuprizonla beslenen farelerde, beynin korpus kallosum bölgesindeki (beynin yarım kürelerini birbirine bağladığı için sinir sinyallerinin geçişi için önemli bir nokta) oligodendrositlerin belirgin şekilde azaldığını ortaya koydu. Ancak kuprizonla beslenen ve gama uyarımıyla tedavi edilen farelerde, hücre sayısı sağlıklı seviyelere çok daha yakındı.

Korpus kallozumda nöral aksonlar arasında yapılan elektrofizyolojik testler gama duyusal uyarımının, gama uyarımı alan kuprizonla beslenen farelerde, 40 Hz uyarımla tedavi edilmeyen kuprizonla beslenen farelere kıyasla gelişmiş elektriksel performansla ilişkili olduğunu gösterdi. Ve araştırmacılar beynin ön singulat korteks bölgesine baktıklarında, aksonların yapısal bütünlüğünü işaret eden bir protein olan MAP2’nin kuprizon ve gama uyarımı alan farelerde, kuprizonla beslenen ve almayan farelere kıyasla çok daha iyi korunduğunu gördüler.

Çalışmanın temel hedeflerinden biri, 40 Hz duyusal uyarının miyelini nasıl koruyabileceğini belirlemekti.

Bunu bulmak için araştırmacılar her fare grubunda protein ifadesinin kapsamlı bir değerlendirmesini gerçekleştirdiler ve hangi proteinlerin kuprizon diyetine ve gama frekansı uyarımına maruz kalmaya göre farklı şekilde ifade edildiğini belirlediler. Analiz, kontrol uyarımına maruz kalan kuprizon fareleri ile kuprizon artı gama fareleri arasında belirgin etki kümeleri ortaya koydu.

Etkilerden birinin öne çıkanı gama ile tedavi edilen kuprizonla beslenen farelerde MAP2’deki artıştı. Başka bir setin öne çıkanı ise kontrol uyarımı alan kuprizon farelerinin sinapslarla ilişkili proteinlerin ifadesinde önemli bir eksiklik göstermesiydi. Gama ile tedavi edilen kuprizonla beslenen fareler herhangi bir önemli kayıp göstermedi ve bu durum sinaptik korunmayı gösteren 2019 Alzheimer 40Hz çalışmasındaki sonuçları yansıtıyordu . Araştırmacılar bu sonucun önemli olduğunu yazdı çünkü sinapsların korunmasına bağlı olan nöral devre aktivitesi miyelinin korunmasıyla ilişkilidir. Protein ifadesi sonuçlarını doğrudan beyin dokularına bakarak doğruladılar.

Başka bir protein ekspresyon sonuçları kümesi başka bir önemli mekanizmaya işaret etti: ferroptoz. Demir metabolizmasının hücrelerde reaktif oksijen türlerinin ölümcül bir şekilde birikmesine yol açtığı bu fenomen, kuprizon fare modelinde oligodendrositler için bilinen bir sorundur. İşaretler arasında kuprizonla beslenen, kontrol uyarımı farelerinde ferroptozla ilişkili hasarın bir belirteci olan ve inflamatuar bir yanıtı tetikleyen HMGB1 proteininin ekspresyonunda artış vardı. Ancak gama uyarımı HMGB1 seviyelerini düşürdü.

Kuprizon demiyelinizasyonuna hücresel ve moleküler tepkiye ve gama uyarımının etkilerine daha derinlemesine bakan ekip, tek hücreli RNA dizileme teknolojisini kullanarak gen ifadesini değerlendirdi. Astrositlerin ve mikroglianın kuprizon kontrol farelerinde çok iltihaplı hale geldiğini ancak gama uyarımının bu tepkiyi yatıştırdığını buldular. Daha az hücre iltihaplı hale geldi ve dokuya yönelik doğrudan gözlemler, mikroglianın onarımları gerçekleştirmede önemli bir adım olan miyelin artıklarını temizlemede daha yetenekli hale geldiğini gösterdi.

Ekip ayrıca, 40 Hz duyusal uyarıma maruz bırakılan kuprizonla beslenen farelerdeki oligodendrositlerin nasıl daha iyi hayatta kalmayı başardığı hakkında daha fazla şey öğrendi. HSP70 gibi koruyucu proteinlerin ifadesi arttı ve ferroptozu kısıtlayan süreçlerin ana düzenleyicisi olan GPX4’ün ifadesi de arttı.

Amorim ve Tsai’nin yanı sıra makalenin diğer yazarları arasında Lorenzo Bozzelli, TaeHyun Kim, Liwang Liu, Oliver Gibson, Cheng-Yi Yang, Mitch Murdock, Fabiola Galiana-Meléndez, Brooke Schatz, Alexis Davison, Md Rezaul Islam, Dong Shin Park, Ravikiran M. Raju, Fatema Abdurrob, Alissa J. Nelson, Jian Min Ren, Vicky Yang ve Matthew P. Stokes yer alıyor.

Çalışmaya Fundacion Bancaria la Caixa, JPB Vakfı, Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü, Carol ve Gene Ludwig Aile Vakfı, Lester A. Gimpelson, Eduardo Eurnekian, Dolby Ailesi, Kathy ve Miguel Octavio, Marc Haas Vakfı, Ben Lenail ve Laurie Yoler ve ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri fon sağladı.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Mühendisler hücre büyüklüğündeki robotlara güç sağlamak için minik piller tasarlıyor.

Kum tanesinden daha küçük olan bu çinko-hava pilleri, minik robotların çevrelerini algılamasına ve tepki vermesine yardımcı olabilir.

MIT mühendisleri tarafından tasarlanan küçük bir pil, insan vücuduna ilaç dağıtımı için hücre büyüklüğünde otonom robotların konuşlandırılmasını ve gaz boru hatlarındaki sızıntıların tespiti gibi diğer uygulamaları mümkün kılabilir.

0,1 milimetre uzunluğunda ve 0,002 milimetre kalınlığında olan yeni pil, kabaca bir insan saçının kalınlığı kadardır, havadan oksijeni yakalayabilir ve bunu çinkoyu oksitlemek için kullanarak 1 volta kadar bir akım yaratabilir. Araştırmacılar, bunun küçük bir devreyi, sensörü veya aktüatörü çalıştırmak için yeterli olduğunu gösterdi.

MIT’de Kimya Mühendisliği Karbon P. Dubbs Profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı olan Michael Strano, “Bunun robotik için çok kolaylaştırıcı olacağını düşünüyoruz” diyor. “Pile robotik işlevler inşa ediyoruz ve bu bileşenleri bir araya getirip cihazlara dönüştürmeye başlıyoruz.”

Science Robotics’te yayınlanan makalenin baş yazarları, Dr. Ge Zhang PhD ’22 ve MIT lisansüstü öğrencisi Sungyun Yang’dır .

Pillerle çalışır

Strano’nun laboratuvarı birkaç yıldır çevrelerindeki uyaranları algılayabilen ve bunlara yanıt verebilen minik robotlar üzerinde çalışıyor. Bu kadar minik robotları geliştirmedeki en büyük zorluklardan biri, yeterli güce sahip olduklarından emin olmaktır.

Diğer araştırmacılar, mikro ölçekli cihazları güneş enerjisi kullanarak çalıştırabileceklerini gösterdiler, ancak bu yaklaşımın sınırlaması, robotların her zaman kendilerine doğrultulmuş bir lazer veya başka bir ışık kaynağına sahip olmaları gerektiğidir. Bu tür cihazlar, harici bir güç kaynağı tarafından kontrol edildikleri için “kuklalar” olarak bilinir. Bu küçük cihazların içine pil gibi bir güç kaynağı koymak, çok daha uzağa gitmelerini sağlayabilir.

Strano, “Kukla sistemleri gerçekten bir pile ihtiyaç duymuyor çünkü ihtiyaç duydukları tüm enerjiyi dışarıdan alıyorlar,” diyor. “Ancak küçük bir robotun normalde erişemeyeceğiniz alanlara girebilmesini istiyorsanız, daha yüksek bir otonomi seviyesine sahip olması gerekir. Dış dünyaya bağlı olmayacak bir şey için bir pil olmazsa olmazdır.”

Daha otonom hale gelebilecek robotlar yaratmak için Strano’nun laboratuvarı çinko-hava pili olarak bilinen bir pil türü kullanmaya karar verdi. Yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle diğer birçok pil türünden daha uzun bir ömre sahip olan bu piller genellikle işitme cihazlarında kullanılır.

Tasarladıkları pil, mikroelektronikte yaygın olarak kullanılan SU-8 adlı bir polimer şeridine gömülmüş bir platin elektroda bağlı bir çinko elektrottan oluşur. Bu elektrotlar havadaki oksijen molekülleriyle etkileşime girdiğinde, çinko oksitlenir ve platin elektroda akan elektronları serbest bırakarak bir akım yaratır.

Bu çalışmada araştırmacılar, bu pilin bir aktüatörü çalıştırmak için yeterli enerji sağlayabileceğini gösterdiler — bu durumda, kaldırılıp indirilebilen bir robotik kol. Pil ayrıca, elektriksel direncini değiştirerek olayların anılarını saklayabilen bir elektrik bileşeni olan bir memristöre ve robotik cihazların zamanı takip etmesini sağlayan bir saat devresine de güç sağlayabilir.

Pil ayrıca, ortamda kimyasallarla karşılaştıklarında elektrik dirençlerini değiştiren iki farklı sensör türünü çalıştırmak için yeterli güç sağlar. Sensörlerden biri atomik olarak ince molibden disülfürden, diğeri ise karbon nanotüplerden yapılmıştır.

Strano, “Hücresel düzeyde işlevleri geliştirmek için temel yapı taşlarını üretiyoruz” diyor.

Robotik sürüler

Araştırmacılar bu çalışmada bataryayı harici bir cihaza bağlamak için bir tel kullandılar ancak gelecekteki çalışmalarda bataryanın bir cihaza yerleştirildiği robotlar yapmayı planlıyorlar.

Strano, “Bu, robotik çabalarımızın çoğunun özünü oluşturacak,” diyor. “Bir enerji kaynağının etrafına bir robot inşa edebilirsiniz, tıpkı bir elektrikli arabayı bataryanın etrafına inşa edebileceğiniz gibi.”

Bu çabalardan biri, insan vücuduna enjekte edilebilecek ve hedef bir bölgeyi arayıp ardından insülin gibi bir ilacı salabilecek minik robotlar tasarlamak etrafında dönüyor. Araştırmacılar, insan vücudunda kullanım için cihazların, artık ihtiyaç duyulmadığında parçalanacak biyouyumlu malzemelerden yapılmasını öngörüyor.

Araştırmacılar ayrıca pilin voltajını artırarak ek uygulamalara olanak sağlamak için de çalışmalar yürütüyorlar.

Araştırma, ABD Kara Kuvvetleri Araştırma Ofisi, ABD Enerji Bakanlığı, Ulusal Bilim Vakfı ve MathWorks Mühendislik Bursu tarafından finanse edildi.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Bilim insanları dili farklı zaman ölçeklerinde işleyen nöronlar buldu.

Beynin dil işleme bölgelerinde bazı hücre popülasyonları tek bir kelimeye tepki verirken, diğerleri kelime dizilerine tepki verir.

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) kullanarak, sinir bilimciler beynin dili işlemekten sorumlu birkaç bölgesini tanımladılar. Ancak, bu bölgelerdeki nöronların belirli işlevlerini keşfetmek zor oldu çünkü kan akışındaki değişiklikleri ölçen fMRI, küçük nöron popülasyonlarının ne yaptığını ortaya çıkaracak kadar yüksek çözünürlüğe sahip değil.

Şimdi, doğrudan beyinden elektriksel aktiviteyi kaydetmeyi içeren daha hassas bir teknik kullanarak, MIT nörobilimcileri farklı miktarda dilsel bağlamı işleyen farklı nöron kümeleri tanımladılar. Bu “zamansal pencereler” sadece bir kelimeden yaklaşık altı kelimeye kadar değişir.

Araştırmacılar, zamansal pencerelerin her popülasyon için farklı işlevleri yansıtabileceğini söylüyor. Daha kısa pencereleri olan popülasyonlar, tek tek kelimelerin anlamlarını analiz edebilirken, daha uzun pencereleri olanlar, kelimeler bir araya getirildiğinde oluşturulan daha karmaşık anlamları yorumlayabilir.

MIT’de nörobilim doçenti olan Evelina Fedorenko, “Dil ağı içinde ilk kez net bir heterojenlik görüyoruz,” diyor. “Onlarca fMRI deneyinde, bu beyin bölgelerinin hepsi aynı şeyi yapıyor gibi görünüyor, ancak bu büyük, dağıtılmış bir ağ, bu yüzden orada bir yapı olmalı. Bu, bir yapı olduğunun ilk net gösterimi, ancak farklı sinir popülasyonları uzamsal olarak iç içe geçmiş durumda, bu yüzden bu ayrımları fMRI ile göremiyoruz.”

Aynı zamanda MIT McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nün bir üyesi olan Fedorenko, bugün Nature Human Behavior’da yayınlanan çalışmanın kıdemli yazarıdır . MIT doktora sonrası araştırmacısı Tamar Regev ve Harvard Üniversitesi lisansüstü öğrencisi Colton Casto ise makalenin baş yazarlarıdır.

Zamansal pencereler

Bilim insanlarının beynin farklı bölümlerinin rolleri hakkında çok şey öğrenmelerine yardımcı olan Fonksiyonel MRI, beyindeki kan akışındaki değişiklikleri ölçerek çalışır. Bu ölçümler, belirli bir görev sırasındaki sinirsel aktivitenin bir temsilcisi olarak işlev görür. Ancak, bir fMRI görüntüsünün her “voksel”i veya üç boyutlu parçası, yüz binlerce ila milyonlarca nöronu temsil eder ve yaklaşık iki saniye boyunca aktiviteyi toplar, bu nedenle bu nöronların ne yaptığına dair ayrıntılı bilgi ortaya koyamaz.

Sinirsel fonksiyon hakkında daha detaylı bilgi edinmenin bir yolu, beyne yerleştirilen elektrotlar kullanılarak elektriksel aktiviteyi kaydetmektir. Bu verilere ulaşmak zordur çünkü bu prosedür yalnızca şiddetli epilepsi gibi nörolojik bir rahatsızlık nedeniyle ameliyat geçiren hastalarda yapılır.

“Bir görev için yeterli veri elde etmek birkaç yıl sürebilir çünkü bu hastalar nispeten nadirdir ve belirli bir hastada klinik ihtiyaçlara göre özel konumlara elektrotlar yerleştirilir, bu nedenle korteksin hedeflenen bir kısmının yeterli kapsamına sahip bir veri kümesi oluşturmak biraz zaman alır. Ancak bu veriler, elbette, insan beyinlerinden elde edebileceğimiz en iyi veri türüdür: Mekansal olarak tam olarak nerede olduğunuzu bilirsiniz ve çok ince taneli zamansal bilgilere sahipsiniz,” diyor Fedorenko.

Fedorenko, 2016 tarihli bir çalışmada bu yaklaşımı kullanarak altı kişinin dil işleme bölgelerini incelediğini bildirdi. Katılımcılar dört farklı türde dil uyaranı okurken elektriksel aktivite kaydedildi: tam cümleler, kelime listeleri, kelime olmayan listeler ve “jabberwocky” cümleler – dilbilgisi yapısı olan ancak anlamsız kelimelerden oluşan cümleler.

Bu veriler, dil işleme bölgelerindeki bazı nöral popülasyonlarda, katılımcılar cümleleri okurken, aktivitenin birkaç kelimelik bir süre boyunca kademeli olarak artacağını gösterdi. Ancak, bu, kelime listeleri, kelime olmayan listeler, Jabberwocky cümleleri okurken gerçekleşmedi.

Yeni çalışmada, Regev ve Casto bu verilere geri döndüler ve zamansal tepki profillerini daha ayrıntılı bir şekilde analiz ettiler. Orijinal veri setlerinde, altı hastada 177 dile duyarlı elektrottan elektriksel aktivite kayıtları vardı. Muhafazakar tahminler, her elektrotun yaklaşık 200.000 nöronun ortalama aktivitesini temsil ettiğini öne sürüyor. Ayrıca, 362 dile duyarlı elektrottan kayıtları da içeren ikinci bir 16 hasta grubundan yeni veriler elde ettiler.

Araştırmacılar bu verileri analiz ettiklerinde, bazı sinir popülasyonlarında aktivitenin her kelimeyle birlikte yukarı ve aşağı dalgalandığını buldular. Ancak bazılarında aktivite tekrar düşmeden önce birden fazla kelimede artıyordu ve yine de diğerleri daha uzun kelime aralıklarında sabit bir sinir aktivitesi artışı gösteriyordu.

Araştırmacılar, verilerini farklı zamansal pencerelere sahip uyaranları işlemek için tasarladıkları bir hesaplama modeli tarafından yapılan tahminlerle karşılaştırarak, dil işleme alanlarındaki sinir popülasyonlarının üç kümeye ayrılabileceğini buldular. Bu kümeler, bir, dört veya altı kelimeden oluşan zamansal pencereleri temsil eder.

Regev, “Bu sinirsel popülasyonların cümle boyunca farklı zaman ölçeklerinde bilgiyi entegre ettiği gerçekten görülüyor.” diyor.

Kelimeleri ve anlamı işleme

Araştırmacılar, zamansal pencere boyutundaki bu farklılıkların fMRI kullanılarak görülmesinin imkansız olduğunu söylüyor.

Casto, “fMRI’nin çözünürlüğünde, dil-tepkisel bölgelerde çok fazla heterojenlik görmüyoruz. Bireysel katılımcılarda, dillere en çok tepki veren beyinlerindeki vokselleri lokalize ederseniz, cümlelere, kelime listelerine, geveze cümlelere ve kelime olmayan listelere verdikleri tepkilerin oldukça benzer olduğunu görürsünüz” diyor.

Araştırmacılar ayrıca bu kümelerin bulunduğu anatomik konumları da belirleyebildiler. En kısa temporal pencereye sahip nöral popülasyonlar baskın olarak posterior temporal lobda bulundu, ancak bazıları frontal veya anterior temporal loblarda da bulundu. Daha uzun temporal pencereye sahip diğer iki kümeden gelen nöral popülasyonlar temporal ve frontal loblar boyunca daha eşit bir şekilde dağılmıştı.

Fedorenko’nun laboratuvarı şimdi bu zaman ölçeklerinin farklı işlevlere karşılık gelip gelmediğini incelemeyi planlıyor. Bir olasılık, en kısa zaman ölçeklerine sahip popülasyonların tek bir kelimenin anlamlarını işliyor olması, daha uzun zaman ölçeklerine sahip olanların ise birden fazla kelimeyle temsil edilen anlamları yorumlamasıdır.

Regev, “Dil ağında kelimelerin nasıl bir araya geldiğine ve tek tek kelimelerin anlamlarına karşı bir duyarlılık olduğunu zaten biliyoruz,” diyor. “Bu, potansiyel olarak bulduğumuz şeye eşlenebilir, burada en uzun zaman ölçeği söz dizimi veya kelimeler arasındaki ilişkiler gibi şeylere duyarlıdır ve belki de en kısa zaman ölçeği tek kelimelerin veya bunların parçalarının özelliklerine daha duyarlıdır.”

Araştırma, Zuckerman-CHE STEM Liderlik Programı, Poitras Psikiyatrik Bozukluklar Araştırma Merkezi, Harvard Üniversitesi Kempner Doğal ve Yapay Zeka Çalışmaları Enstitüsü, ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri, Amerikan Epilepsi Derneği Araştırma ve Eğitim Bursu, McDonnell Sistem Nörobilimi Merkezi, Fondazione Neurone, McGovern Enstitüsü, MIT Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümü ve Simons Sosyal Beyin Merkezi tarafından finanse edildi.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Yeni bir araştırma, nöronların belirli bilgileri kararlı sinapslardan oluşan özel bir bölge aracılığıyla koruyup sakladığını öne sürüyor.

Beynin en çok takdir edilen özelliklerinden biri de uyum yeteneğidir. Dünyayı deneyimledikçe ve onunla etkileşime girdikçe bağlantıları sürekli olarak ayarlanan sinir devrelerindeki değişiklikler, nasıl öğrendiğimizin anahtarıdır. Ancak bilgi ve anıları sağlam tutmak için devrenin bazı kısımlarının bu sürekli değişime dirençli olması gerekir.

MIT McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü’nde araştırmacı olan sinir bilimci Mark Harnett , “Beyinler, yeni öğrenmeler yapabilmeniz ve yaşam boyu hafızaya sahip olabilmeniz için bu denge manzarasında nasıl gezineceklerini çözdüler” diyor. 27 Ağustos tarihli Cell Reports dergisinde Harnett ve ekibi , bireysel nöronların bu hayati ikiliğin her iki bölümüne nasıl katkıda bulunabileceğini gösteriyor . Beynin duyusal korteksindeki piramidal nöronların iletişim kurduğu sinapsları inceleyerek, hücrelerin dünyanın en temel özelliklerinden bazılarını anlamalarını nasıl koruduklarını ve aynı zamanda değişen bir dünyaya uyum sağlamak için ihtiyaç duydukları esnekliği nasıl koruduklarını öğrendiler.

Görsel bağlantılar

Piramidal nöronlar, binlerce bağlantı noktası aracılığıyla diğer nöronlardan girdi alır. Yaşamın erken dönemlerinde, bu sinapslar son derece esnektir; genç bir hayvan görsel bilgileri alıp yorumlamayı öğrendikçe güçleri değişebilir. Çoğu yetişkinliğe kadar uyum sağlayabilir, ancak Harnett’in ekibi, hayvanların bir aylıktan küçük olduklarında hücrelerin sinapslarından bazılarının esnekliklerini kaybettiğini keşfetti. Hem sabit hem de esnek sinapslara sahip olmak, bu nöronların görsel bilgileri esnek şekillerde kullanmak için farklı kaynaklardan gelen girdileri birleştirebileceği anlamına gelir.

Doktora sonrası araştırmacı Courtney Yaeger, karmaşık bir şekilde dallanmış piramit hücrelerinin dar bir bölgesi boyunca kümelenen bu alışılmadık derecede kararlı sinapslara yakından baktı. Hücrelerin birincil görsel bilgiyi aldığı bağlantılarla ilgileniyordu, bu yüzden beynin talamusunun dorsal lateral genikülat çekirdeği (dLGN) adı verilen bir görme işleme merkezindeki nöronlarla olan bağlantılarını izledi.

Bir nöronun diğer hücrelerden sinyaller aldığı uzun uzantılara dendrit denir ve hücrenin ana gövdesinden ağaç benzeri bir yapıya doğru dallanırlar. Dendritler boyunca dikenli çıkıntılar, piramidal nöronları diğer hücrelere bağlayan sinapsları oluşturur. Yaeger’in deneyleri, dLGN’den gelen bağlantıların hepsinin piramidal hücrelerin belirli bir bölgesine, dendritik ağacın gövdesi olarak tanımladığı şeyin içindeki sıkı bir banda yol açtığını gösterdi.

Yaeger, bu bölgedeki sinapsların (resmi olarak apikal eğik dendrit alanı olarak bilinir) aynı hücrelerdeki diğer sinapslardan farklı olduğu çeşitli yollar buldu. “Aslında birbirlerinden o kadar da uzak değiller, ancak tamamen farklı özelliklere sahipler” diyor.

Kararlı sinapslar

Bir dizi deneyde Yaeger, piramidal nöronlardaki sinapsları aktive etti ve hücrelerin elektrik potansiyeli üzerindeki etkiyi ölçtü. Bir nöronun elektrik potansiyelindeki değişiklikler, hücrelerin birbirleriyle iletişim kurmak için kullandıkları dürtüleri üretir. Yakındaki sinapslar da aktive edildiğinde sinapsın elektriksel etkilerinin artması yaygındır. Ancak sinyaller apikal eğik dendrit alanına iletildiğinde, kaç sinaps uyarılırsa uyarılsın her biri aynı etkiye sahipti. Harnett, oradaki sinapsların birbirleriyle hiç etkileşime girmediğini söylüyor. “Sadece yaptıklarını yapıyorlar. Komşuları ne yapıyor olursa olsun, hepsi aynı şeyi yapıyor.”

Ekip ayrıca bireysel sinapsların moleküler içeriklerini de görselleştirebildi. Bu, apikal eğik dendritlerde NMDA reseptörleri adı verilen belirli bir nörotransmitter reseptörünün şaşırtıcı bir şekilde eksik olduğunu ortaya koydu. Bu, NMDA reseptörlerinin beyindeki değişiklikleri aracılık etmedeki rolü nedeniyle dikkat çekiciydi. Harnett, “Genellikle herhangi bir öğrenme, hafıza ve esneklik hakkında düşündüğümüzde, bunu yapan NMDA reseptörleridir,” diyor. “Bu, tüm beyinlerde öğrenmenin ve hafızanın en yaygın alt tabakasıdır.”

Yaeger apikal eğik sinapsları elektrikle uyardığında, çoğu sinapsı güçlendirecek aktivite desenleri oluşturduğunda, ekip NMDA reseptörlerinin sınırlı varlığının bir sonucunu keşfetti. Sinapsların gücü değişmedi. Yaeger, “Test ettiğimiz kadarıyla orada aktiviteye bağlı bir esneklik yok,” diyor.

Araştırmacılar bunun mantıklı olduğunu söylüyor çünkü talamustaki hücrelerin bağlantıları gözler tarafından algılanan birincil görsel bilgileri iletiyor. Beyin, şekiller ve çizgiler gibi temel görsel özellikleri tanımayı bu bağlantılar aracılığıyla öğreniyor.

Harnett, “Bu sinapslar temelde bu görsel bilginin sağlam, yüksek doğruluklu bir çıktısıdır,” diye açıklıyor. “İlettikleri şey budur ve bağlam duyarlı değildir. Yani diğer kaç sinapsın aktif olduğu önemli değildir, sadece tam olarak ne yapacaklarını yaparlar ve aktiviteye göre onları yukarı veya aşağı değiştiremezsiniz. Yani çok, çok kararlıdırlar.”

“Aslında bunların plastik olmasını istemezsiniz,” diye ekliyor Yaeger. “Uyuyup sonra dikey bir çizginin neye benzediğini unuttuğunuzu hayal edebiliyor musunuz? Bu felaket olurdu.” 

Araştırmacılar aynı deneyleri farklı yaşlardaki farelerde gerçekleştirerek, piramidal nöronları talamusa bağlayan sinapsların genç farelerin gözlerini ilk açmalarından birkaç hafta sonra sabitlendiğini belirlediler. Harnett, o noktaya kadar öğrenmeleri gereken her şeyi öğrendiklerini söylüyor. Öte yandan, fareler hayatlarının ilk haftalarını karanlıkta geçirirlerse, sinapslar asla sabitlenmiyor — geçişin görsel deneyime bağlı olduğuna dair bir başka kanıt.

Ekibin bulguları yalnızca beynin esneklik ve dengeyi nasıl dengelediğini açıklamaya yardımcı olmakla kalmıyor; araştırmacıların yapay zekaya aynı şeyi nasıl yapacağını öğretmelerine de yardımcı olabilir. Harnett, yapay sinir ağlarının bu konuda çok kötü olduğunu söylüyor: Bir şeyi iyi yapan bir yapay sinir ağı yeni bir şey yapmak üzere eğitildiğinde, neredeyse her zaman “felaket unutma” yaşar ve artık orijinal görevini yerine getiremez. Harnett’in ekibi, gerçek beyinler hakkında öğrendiklerini yapay ağlarda bu sorunun üstesinden gelmek için nasıl kullanabileceklerini araştırıyor.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Sağlık Verilerini Takip Eden Akıllı Dövme.

Sağlık verilerini takip etmeye yardımcı olan akıllı saat ya da akıllı bileklik gibi giyilebilir teknoloji ürünleri, kullanıcıların telefon ekranına bakma zorunluluğunu ortadan kaldırsa da tam anlamıyla bağımsız cihazlar değiller zira bir bağlantıya ya da pile ihtiyaç duyuyorlar. MIT ve Harvard Üniversitesi’ndeki araştırmacılar ise kullanıcının pil ya da başka bir alete ihtiyaç duymadan sağlık verilerini takip edebileceği yeni bir ürün geliştirdi: Akıllı dövme.

Harvard Üniversitesi Tıp Fakültesi’ndeki araştırma görevlileri Ali Yetişen ve Nan Jiang’ın, MIT’deki araştırmacılarla ortaklaşa geliştirdiği akıllı dövme aslında insanların sağlık verilerini biyomedikal takip cihazlarının yerine daha basit bir yolla takip edebilmesi düşüncesiyle geliştirilmiş. Mevcut, giyilebilen ürünlerin ötesine gitmek istediklerini kaydeden Ali Yetişen, Dermal Abyss olarak adlandırdıkları proje ile biyosensörleri insan cildine uygulama fikrini hayat geçirdiklerini açıkladı.

Vücuttaki Değişimlere Göre Renk Değiştiriyor  

Akıllı sensörün çalışma prensibi ise herkesin kolayca anlayıp takip edebileceği şekilde oldukça basit. Vücuttaki interstiyel(hücreler arası) sıvıda meydana gelen değişimlere göre farklı reaksiyonlar gösteren akıllı dövme su kaybı olduğunda yeşile, glikoz seviyesi yükseldiğinde ise kahverengine dönerek kişileri uyarıyor. Şu an içi dövmede sadece susuzluk ve glikoz artışında renk değişimi meydana gelse de araştırmacılar sodyum konsantrasyonu artınca mavi renge dönme gibi farklı veriler ve renkler üzerinde çalışıyor.

Tabi ilerleyen dönemlerde farklı sağlık verilerinin ve renklerin eklenmesi akıllı dövmeden faydalanan kişilerin kafasını karıştırabilir. Bu durum için şimdiden çözüm geliştiren ekip, hangi rengin ne anlama geldiğini açıklayan bir uygulama geliştirmiş bile. Ayrıca vücudundaki dövmenin diğer kişiler tarafından görünmesinden rahatsız olan kişiler için de bir çözüm yolu bulunmuş. Dövmeye doğrudan ışık tutulduğu durumlar haricinde dövmedeki renklerin fark edilmesi engellenebiliyor. Böylece klasik dövmelerin aksine akıllı dövme meraklı gözlerden uzak tutulabilir.

Teknoloji henüz yolun başında olsa da herhangi bir ekipmana ihtiyaç duymadan insan vücuduna dair verileri takip edebilme fikri oldukça heyecan verici. Dermal Abyss projesi, ilerleyen yıllarda akıllı saatler veya bilekliklere benzer özellikler sunan insan cildine uygulanan biyosensörlerin ilk adımı olabilir.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Beyin ile kaslar arasındaki kablosuz bağlantı felçe çözüm olabilir.

Teknolojinin tıpta kullanımı giderek artıyor. Gelecekte ise felç için “elektronik” bir tedavinin geliştirilebileceği konuşuluyor. İsviçreli bilim adamlarının bu konuda yaptığı çalışma haberimizde.

İsviçre’de École Polytechnique Fédérale, Lozan’da gerçekleştirelen araştırmada Grégoire Courtine önderliğindeki uluslararası bir araştırma grubu beyin ve arka uzuvlar arasında kablosuz bağlantı kurarak felçli 2 maymunun yürümesini sağladı. 9 Kasım’da dünyaca ünlü bilim dergisi Nature’da yayınlanan araştırma, çeşitli teknolojileri bir araya getiriyor.

Sistem, hayvanın yürüme isteğini algılayabilen bir beyin implantı, omuriliğin alt kısımlarına yerleştirilen ve kasları yürüme kaslarını uyarabilen elektrotlar ve son olarak da implant ile elektrotlar arasından iletişimi sağlayan bir kablosuz bağlantı ekipmanlarından oluşuyor.

Bu yeni araştırma hayvanlarda yürüme yeteneğini geri kazandırmak için kablosuz beyin kontrolünün kullanıldığı ilk araştırma olma özelliğini taşıyor. Araştırma, bilim adamları tarafından yürütülen “tamamen implante edilebilir ve görünmez sistemlerle felçlilerde istemli hareketlerin sağlanması” amaçlı bir projenin parçası. 

Temelde Kontrolü Beyin Kendi Sağlıyor 

El-kol hareketlerinin aksine, yürümek omurilik tarafından bir parça bağımsız olarak kontrol edilen otomatik bir hareket. Bu araştırmacı grubu daha önceki çalışmalarında felçli bir sıçanın omuriliğini uyararak yürütmüşlerdi ancak o çalışmada araştırmacılar, farenin arka ayaklarını kontrol eden kukla gibiydi. Bu yeni çalışmada ise hayvanın beyni, yürümeyi kendi kontrol ediyor. Böylece maymunlar, sistem çalıştırıldığında dışarıdan yardım, komut vs. almaksızın felçli ayaklarını kullanabiliyor.

Courtine ve Lozan Üniversitesi Hastanesinden Jocelyne Bloch, G-Therapeutics isimli bir şirket kurmuş durumda ve yaklaşık 40 milyon dolar bağış toplamış. Bu şirket henüz beyin implantıyla beraber kullanamasa da omurilik uyarma sistemleri üzerinde çalışıyor. Ayrıca ekip bir rehabilitasyon programının parçası olarak 8 insan denekle de sistemlerini test ediyor.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.