কিভাবে যুগান্তকারী নতুন মস্তিষ্কের অ্যাটলেস গতিশীল বিকাশকে ক্যাপচার করে

মস্তিস্ককে একটি সমাপ্ত অঙ্গ হিসাবে নয় বরং একটি নির্মাণাধীন শহর হিসাবে দেখার কল্পনা করুন, যেখানে প্রতিটি নিউরন স্কাইলাইন বাড়ার সাথে সাথে কাজ পরিবর্তনকারী কর্মী।

মধ্যে কাগজপত্র একটি সিরিজ প্রকৃতি গত ৫ নভেম্বর প্রকাশিত খবরে তা ঠিক ধরা পড়েছে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের অ্যালেন ইনস্টিটিউট ফর ব্রেইন সায়েন্সের গবেষকদের নেতৃত্বে, ইউএস ব্রেইন ইনিশিয়েটিভের অংশীদারদের সাথে, বিজ্ঞানীরা কীভাবে মস্তিষ্কের প্রধান কোষ – নিউরন এবং তাদের সমর্থনকারী গ্লিয়া – গঠন করে, স্থানান্তরিত হয় এবং মাউস থেকে মানুষে প্রজাতি জুড়ে বিশেষায়িত হয় তা নির্ধারণ করেছেন।

মস্তিষ্ককে অংশগুলির একটি নির্দিষ্ট ক্যাটালগ হিসাবে বিবেচনা করার পরিবর্তে, নতুন মানচিত্রগুলি এটিকে একটি জীবন্ত ধারাবাহিকতা হিসাবে চিত্রিত করে, কোষগুলি পরিপক্ক, সংযোগ এবং নেটওয়ার্ক তৈরি করার সাথে সাথে জিনগত নিদর্শনগুলির একটি টাইম-ল্যাপস চালু এবং বন্ধ হয়ে যায়।

প্রথমবারের মতো এই অধ্যয়নগুলি সময় এবং প্রজাতি জুড়ে মস্তিষ্কের বিকাশের একীভূত দৃষ্টিভঙ্গি সরবরাহ করে। পূর্ববর্তী প্রচেষ্টাগুলি তুলনা করা কঠিন ছিল কারণ ল্যাবগুলি বিভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করেছিল, বিভিন্ন স্তরের নমুনা বা পৃথক অঞ্চলে ফোকাস করেছিল। ব্রেইন ইনিশিয়েটিভ দলগুলি প্রোটোকলের মানককরণ, নতুন সিকোয়েন্সিং এবং ইমেজিং সরঞ্জাম তৈরি করে এবং মাউস, মারমোসেট এবং মানব টিস্যু থেকে ডেটা সারিবদ্ধ করার জন্য শেয়ার্ড কম্পিউটেশনাল পাইপলাইন তৈরি করে এর সমাধান করেছে। একসাথে, তারা এখন কীভাবে নিউরন এবং গ্লিয়া উদ্ভূত হয় এবং সার্কিটে একত্রিত হয় তার জন্য একটি সাধারণ রেফারেন্স সরবরাহ করে।

অ্যালেন ইনস্টিটিউটের পরিচালক হংকুই জেং এটিকে “উন্নয়নমূলক নিউরোসায়েন্সের নতুন যুগের” সূচনা হিসাবে বর্ণনা করেছেন, যা স্থান, সময় এবং প্রজাতি জুড়ে ডেটা একত্রিত করে। ছয়টি সমন্বিত অধ্যয়ন অফার করে যাকে তিনি একটি “সাধারণ রেফারেন্স” বলে থাকেন কীভাবে জিনগুলি মস্তিষ্কের জটিল সার্কিটরিকে একত্রিত করে, যা আগামী বছরের জন্য নিউরোসায়েন্স পরিচালনা করতে পারে।

যেখানে পুরনো মানচিত্রগুলো ছোট হয়ে গেছে

কয়েক দশক ধরে, মস্তিষ্কের অ্যাটলেসগুলি নিউরনগুলিকে এমনভাবে চিকিত্সা করে যেন তারা নির্দিষ্ট বিভাগে আসে। নতুন ডেটাসেটগুলি এই দৃষ্টিভঙ্গিকে উল্টে দিয়েছে যে বিকাশশীল কোষগুলি ধীরে ধীরে পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে চলে যায়, জিন-অ্যাক্টিভিটি প্যাটার্ন যা তীক্ষ্ণ লাফানোর পরিবর্তে ধাপে ধাপে পরিবর্তিত হয়।

ডঃ জেং এর একটিতে অধ্যয়নতার দল দেখতে পেয়েছে যে মাউসের মস্তিষ্ক পরিপক্ক হওয়ার সাথে সাথে তরুণ নিউরনগুলি মধ্যবর্তী পর্যায়ে অতিক্রম করেছে যেখানে তারা আগের এবং আসন্ন কোষের উভয় প্রকারের বৈশিষ্ট্যগুলির মিশ্রণ দেখিয়েছে।

“সীমানা কখনই পরিষ্কার হয় না,” ডঃ জেং বলেছেন।

সান ফ্রান্সিসকোর ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন সহযোগী অধ্যাপক টমাস নোকাওস্কি, তার মধ্যে দেখিয়েছেন মানব বংশ এটলাস যে মানুষের মস্তিষ্কের বিকাশ একই পথ অনুসরণ করে। সংস্কৃত মানব ভ্রূণ মস্তিষ্কের টিস্যুতে পৃথক স্টেম কোষের বংশধরদের সন্ধান করে, তার দল আবিষ্কার করেছে যে রেডিয়াল গ্লিয়া, মস্তিষ্কের নির্মাতা কোষ, প্রথমে নিউরন তৈরি করে যা সংকেতগুলি সক্রিয় করে, তারপর সেগুলিকে শান্ত করে।

এই ক্রমান্বয়ে পরিবর্তন – যা পূর্ববর্তী একক-সময়পয়েন্ট মানচিত্রগুলি দেখতে পায়নি – নিশ্চিত করেছে যে নিউরনগুলি তাদের প্রাপ্তবয়স্কদের পরিচয় একবারে অর্জন করে না।

বিশেষত, দুটি গবেষণা একসাথে দেখায় যে উন্নয়নশীল নিউরনগুলি একক, স্থিতিশীল পরিচয় ধারণ করে না। তাদের জিনের ক্রিয়াকলাপ ধীরে ধীরে পরিবর্তিত হয় যখন তারা পরিপক্ক হয়, একটি সংজ্ঞায়িত প্রকার থেকে অন্যটিতে ঝাঁপিয়ে পড়ার পরিবর্তে মধ্যবর্তী পর্যায়ে অতিক্রম করে।

কোষের যাত্রা

ডাঃ. নোয়াকোস্কি সভ্য মানব ভ্রূণের মস্তিষ্কের টিস্যুতে কোষের বংশের সন্ধান করতে ভাইরাল বারকোডিং ব্যবহার করেছেন। কৌশলটি নিরীহ ভাইরাসের উপর নির্ভর করে যা প্রতিটি স্টেম সেলকে একটি অনন্য জেনেটিক লেবেল দিয়ে ট্যাগ করে, যা গবেষকদের তার সমস্ত বংশধরদের অনুসরণ করতে দেয়।

তার দল তখন একক-কোষ আরএনএ সিকোয়েন্সিং প্রয়োগ করে প্রতিটি বিকাশকারী নিউরনে কোন জিন সক্রিয় ছিল তা পরিমাপ করতে।

দলটি সেই জিন রিডআউটগুলিকে টিস্যুর মধ্যে তাদের সঠিক অবস্থানগুলিতে ফিরিয়ে দেওয়ার জন্য স্থানিক প্রোফাইলিং ব্যবহার করেছে, প্রায় 3D মানচিত্রে পিনগুলি ফিরিয়ে দেওয়ার মতো। একসাথে, এই পদ্ধতিগুলি একটি সময়-সমাধান করা রেকর্ড তৈরি করে যা দেখায় যে কীভাবে পৃথক কোষগুলি তাদের বিকাশের পথে বিভক্ত, পার্থক্য এবং বসতি স্থাপন করে।

এই ধাপগুলির প্রতিটি দেখাতে শুরু করে যে কীভাবে একটি কোষ অনেকগুলি হয়ে যায়। ডঃ নোয়াকোভস্কি বলেন, পোস্টমর্টেম মানব মস্তিষ্কের ডিএনএ বিশ্লেষণে তার দল সংস্কৃতিতে পর্যবেক্ষণ করা একই উন্নয়নমূলক পরিবর্তন দেখায়, যা নিশ্চিত করে যে প্যাটার্নটি পরীক্ষাগার সিস্টেমের একটি প্রত্নবস্তু ছিল না।

ডঃ জেং-এর কম্পিউটেশনাল এটলাস আরও সুনির্দিষ্টভাবে উন্নয়নমূলক রূপান্তর সংজ্ঞায়িত করার একটি উপায় যোগ করেছে। তার দল অ্যালগরিদম ব্যবহার করে শনাক্ত করার জন্য যখন একটি নিউরনের জিন-অ্যাক্টিভিটি প্রোফাইল একটি ভিন্ন কোষের পর্যায় হিসাবে যোগ্যতা অর্জনের জন্য যথেষ্ট পরিবর্তিত হয়েছিল, পূর্বের বিষয়গত বিচারগুলিকে পরিমাণগত মানদণ্ডের সাথে প্রতিস্থাপন করে।

অবশেষে, ইয়েল বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক রং ফ্যানের দল অনুপস্থিত মাত্রা যোগ করেছে: স্থান। তাদের মধ্যে স্থানিক ট্রাই-ওমিক্স অ্যাটলাসগবেষকরা মস্তিষ্কের টিস্যুর পাতলা, সংরক্ষিত স্লাইসগুলিতে তিন ধরনের আণবিক তথ্য পরিমাপ করেছেন: কোন জিন সক্রিয় ছিল, আশেপাশের ডিএনএ কতটা অ্যাক্সেসযোগ্য ছিল এবং প্রতিটি কোষে কোন প্রোটিন উৎপন্ন হয়। তারপরে তারা প্রতিটি পরিমাপকে টিস্যুর মধ্যে কোষের সঠিক অবস্থানের সাথে সংযুক্ত করে। এটি বিভিন্ন আণবিক নিদর্শনগুলি কোথায় উপস্থিত হয়েছিল এবং কীভাবে প্রতিবেশী কোষগুলি সময়ের সাথে সাথে একসাথে পরিবর্তিত হয়েছিল তা দেখা সম্ভব করেছিল।

একসাথে নেওয়া, এই পদ্ধতিগুলি গবেষকদের বিচ্ছিন্ন মুহুর্তে ক্যাপচার করার পরিবর্তে সময় এবং স্থান উভয় জুড়ে বিকাশকারী কোষগুলিকে অনুসরণ করার অনুমতি দেয়।

নতুন অ্যাটলাস পড়া

একসাথে, এই অ্যাটলেসগুলি বোঝার দরজা খুলে দিয়েছে কিভাবে কোটি কোটি পৃথক কোষের সিদ্ধান্ত মস্তিষ্কের অসাধারণ বৈচিত্র্যকে আকার দেয়।

অ্যালেন ইনস্টিটিউটের একজন তদন্তকারী সিন্ডি ভ্যান ভেলথোভেন ছিলেন একটি ইঁদুরের অংশ অধ্যয়ন যেটি ট্র্যাক করেছে কিভাবে প্রতিরোধক নিউরন, কোষগুলি যেগুলি মস্তিষ্কের কার্যকলাপকে শান্ত বা ভারসাম্যপূর্ণ করে, ফোরব্রেন ফর্ম হিসাবে বৈচিত্র্যময় এবং স্থানান্তরিত হয়। দলটি প্রতিরোধমূলক বংশ খুঁজে পেয়েছে যা বিভিন্ন সময়ে বৈচিত্র্যময় হয়েছে, কিছু পরে আবির্ভূত হয়েছিল এবং দেরীতে অভিনয়ের ভূমিকার পরামর্শ দিয়ে বিভিন্ন অঞ্চলে বিতরণ করা হয়েছিল।

তার কাজের উপর ভিত্তি করে, ডঃ নোয়াকোস্কির মানব এটলাস এই সার্কিট্রির পরিপূরক দিকটি চিহ্নিত করেছে: উত্তেজক নিউরন, যা স্নায়ু কার্যকলাপ বৃদ্ধি করে। একসাথে পড়ুন, দুটি অধ্যয়ন প্রকাশ করে যে কীভাবে মস্তিষ্কের উত্তেজনা এবং প্রতিরোধের বিরোধী সিস্টেমগুলি জিনের প্রকাশের ক্রমাগত, ওভারল্যাপিং পথের মাধ্যমে আকার নেয়।

সেই একই আণবিক নেটওয়ার্কগুলিতেও গভীর বিবর্তনীয় শিকড় রয়েছে বলে মনে হচ্ছে, সান ফ্রান্সিসকো বিশ্ববিদ্যালয়ের ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন সহযোগী অধ্যাপক অ্যালেক্স পোলেন দ্বারা অন্বেষণ করা একটি ধারণা।

ক ক্রস-প্রজাতি বিশ্লেষণডঃ পরাগ এবং তার সহকর্মীরা স্তন্যপায়ী প্রাণীদের মধ্যে জিনের কার্যকলাপের তুলনা করেছেন এবং দেখেছেন যে একটি নিউরন প্রকার একবার প্রাইমেটদের জন্য অনন্য বলে মনে করত, TAC3 ইন্টারনিউরন, যা আবেগ এবং হরমোন সংকেত নিয়ন্ত্রণে সাহায্য করে, অনেক স্তন্যপায়ী বংশে উপস্থিত, যদিও এর প্রাচুর্য এবং আণবিক প্রোফাইল পরিবর্তিত হয়।

ডক্টর পরাগ বলেন, “অংশীয় বংশের সবচেয়ে শক্তিশালী প্রমাণ মারসুপিয়াল থেকে প্রাইমেট পর্যন্ত বিস্তৃতভাবে দেখা থেকে এসেছে।”

এই সমস্ত অনুসন্ধানগুলি দেখায় যে বিবর্তন সম্পূর্ণরূপে নতুন তৈরি করার পরিবর্তে বিদ্যমান নিউরনের প্রকারগুলিকে সংশোধন করতে থাকে। মানুষের মধ্যে, অনুরূপ বিকাশের পথগুলি উপস্থিত থাকে তবে দীর্ঘ সময়ের মধ্যে অগ্রগতি হয়, কোষগুলিকে বৈচিত্র্যময় এবং জটিল সার্কিট গঠনের জন্য আরও সময় দেয়।

প্রজাতি জুড়ে, অন্তর্নিহিত প্যাটার্নটি সামঞ্জস্যপূর্ণ: মস্তিষ্কের তারের নির্মাণের জন্য বিকাশমূলক প্রোগ্রামগুলি পুনরায় ব্যবহার এবং সমন্বয় করা হয়, প্রতিস্থাপন করা হয় না।

এটা সব একসাথে আনা

স্বতন্ত্র অ্যাটলেসগুলির জায়গায়, কনসোর্টিয়াম একটি চূড়ান্ত পদক্ষেপ নিয়েছে৷ মেটা-অ্যাটলাসে প্রকল্প লস অ্যাঞ্জেলেসের ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের ডাঃ নোয়াকোস্কি, ডঃ জেং এবং প্রশিক্ষণ প্রোগ্রামের পরামর্শদাতা অপর্ণা ভাদুড়ির নেতৃত্বে, গবেষকরা মাউস, মারমোসেট এবং মানব মস্তিষ্কের উন্নয়নমূলক ডেটা একত্রিত করে একটি শেয়ার্ড রেফারেন্স তৈরি করতে যা কোষের রাজ্যকে প্রজাতি জুড়ে তুলনা করার অনুমতি দেয়।

ডক্টর জেং স্বীকার করেছেন যে “মস্তিষ্কের টিস্যুর অভাব, বিশেষ করে উন্নয়নের মূল পর্যায় থেকে মানুষের নমুনা, এখনকার জন্য সবচেয়ে বড় সীমাবদ্ধতা হতে পারে।”

তিনি বলেন, এই ধরনের ফাঁক কাটিয়ে ওঠার অর্থ হল ক্রমাগত ডেটা এবং এটি বিশ্লেষণ করার জন্য ব্যবহৃত সরঞ্জাম উভয়ের উন্নতি করা: “আমাদের শ্রেণীবিন্যাসকে কঠোরভাবে বিবেচনা করা উচিত নয়, তবে আমরা নতুন জ্ঞান অর্জন করার সাথে সাথে তাদের পরিমার্জন করা চালিয়ে যাচ্ছি।”

ডাঃ ভাদুড়ির লক্ষ্য হল একটি শেয়ার্ড রিসোর্স তৈরি করা যা সমগ্র ক্ষেত্র ব্যবহার করতে পারে।

“এই রেফারেন্স ডেটা থাকা ক্ষেত্রের জন্য একটি দুর্দান্ত সুযোগ,” তিনি বলেছিলেন। “এটি ক্ষেত্রটিকে এগিয়ে নিয়ে যাওয়ার জন্য সাধারণ জিনের স্বাক্ষর, কোষের নাম এবং বিশ্লেষণাত্মক সরঞ্জাম থাকতে আমাদের ক্ষমতায়ন করবে।”

তাদের প্রজেক্ট ব্রেইন ম্যাপিংকে একটি সমাপ্ত পণ্যের পরিবর্তে একটি সম্মিলিত, চলমান প্রচেষ্টা হিসাবে বিবেচনা করে। যেমন ডঃ জেং বলেছেন, উদ্দেশ্য মানচিত্রটি শেষ করা নয় বরং প্রত্যেকে একই স্থানাঙ্ক ব্যবহার করছে তা নিশ্চিত করা।

মানচিত্র থেকে ওষুধ

স্নায়ুবিজ্ঞানীদের জন্য, এই মানচিত্রগুলি কীভাবে প্রাথমিক বিকাশ পরবর্তী মস্তিষ্কের কার্যকারিতার জন্য শর্তগুলি সেট করে তার একটি পরিষ্কার দৃষ্টিভঙ্গি সরবরাহ করে। তারা দেখায় যে গর্ভাবস্থায় মূল জেনেটিক পথগুলি কখন চালু বা বন্ধ হয় এবং কীভাবে সেই স্থানান্তরগুলি কোষকে নির্দিষ্ট ভূমিকায় নিয়ে যায়।

অ্যাটলেসগুলি বিকাশের সময়কালকে হাইলাইট করে যেখানে নিউরোডেভেলপমেন্টাল ডিসঅর্ডারগুলির সাথে যুক্ত অনেক জিন অত্যন্ত সক্রিয় থাকে, যা গবেষকদের চিহ্নিত করতে সাহায্য করতে পারে যখন ছোট বাধাগুলি দীর্ঘমেয়াদী প্রভাব ফেলতে পারে। অটিজম বা মৃগীরোগের মতো অবস্থার মধ্যে পরবর্তী জীবনে ঘটে যাওয়া ক্ষতির পরিবর্তে প্রাথমিক বিকাশের সময় পরিবর্তন জড়িত বলে মনে করা হয়।

ডঃ নোয়াকোস্কি বলেন, পরবর্তী ধাপ হচ্ছে পরীক্ষা করা যে তার দল যে উন্নয়নমূলক সুইচগুলি পর্যবেক্ষণ করেছে তা অন্যান্য সিস্টেমেও ঘটে কিনা। অ-মানব প্রাইমেট, তিনি উল্লেখ করেছেন, “সবচেয়ে কাছের হতে পারে ইন-ভিভো মডেল” যখন “অর্গানয়েডগুলি আরেকটি উদীয়মান মডেল,” এবং তিনি বলেছিলেন যে ফলাফলগুলি সারিবদ্ধ কিনা তা দেখার জন্য তিনি উন্মুখ।

জেনেটিক্স এবং সময়ের বাইরে, আশেপাশের টিস্যু পরিবেশও প্রভাবিত করে কিভাবে কোষ পরিপক্ক হয়। ফ্যান দ্বারা প্রস্তুত স্থানিক এটলাসে ইত্যাদি., দলটি জিন এবং প্রোটিন কার্যকলাপের মানচিত্র তুলনা করেছে এবং দেখেছে যে শক্তিশালী বিকাশ সংকেতযুক্ত অঞ্চলের কোষগুলি তাড়াতাড়ি পরিপক্ক হয় যখন শান্ত অঞ্চলের কোষগুলি আরও ধীরে ধীরে বিকাশ লাভ করে। যখন তারা আহত টিস্যু পরীক্ষা করে, তখন মস্তিষ্ক প্রাথমিক বিকাশের সময় দেখা যায় এমন জিন কার্যকলাপের প্যাটার্নগুলিকে সক্রিয় করে, যা বৃদ্ধি এবং মেরামতের মধ্যে ভাগ করা প্রক্রিয়ার পরামর্শ দেয়।

গবেষকরা ক্রমবর্ধমানভাবে বিশ্বাস করেন যে অনেক স্নায়বিক অবস্থার উদ্ভব হয় যখন উন্নয়নমূলক ঘটনাগুলি ভুল সময়ে বা ভুল জায়গায় ঘটে, যেমন কোষগুলি খুব তাড়াতাড়ি পৌঁছায়, খুব দ্রুত পরিপক্ক হয় বা একটি অস্বাভাবিক জায়গায় বসতি স্থাপন করে। নতুন অ্যাটলেসগুলি এই দুর্বল সময়গুলিকে সনাক্ত করা সহজ করে তোলে, নির্দিষ্ট পর্যায়ে নির্দেশ করে যেখানে ছোট বাধা দীর্ঘমেয়াদী পরিণতি হতে পারে।

এখনো কাজ এগিয়ে

কিছু নিউরনের ধরন শুধুমাত্র সংক্ষিপ্তভাবে প্রদর্শিত হয় বা শুধুমাত্র নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে তাদের সংজ্ঞায়িত জিনগুলি চালু করে, যেমন সাম্প্রতিক কার্যকলাপের পরে বা বিশেষ আচরণগত অবস্থার সময়। ডক্টর ভ্যান ভেলথোভেন বলেন, আজকের ডেটাসেটে এই ধরনের ক্ষণস্থায়ী বা অবস্থা-নির্দিষ্ট নিউরন “সম্ভবত অদেখাই থেকে যাবে”।

ডাঃ জেং সম্মত হন যে যাত্রাটি শেষ হয়নি: “আমাদের কাজকে পুরো মস্তিষ্কে প্রসারিত করা, উভয় কর্টেক্স, মস্তিষ্কের বাইরের স্তর এবং গভীরতর উপকর্টিক্যাল অঞ্চল যা আন্দোলন এবং আবেগকে সমন্বয় করে, প্রথম পদক্ষেপ হবে।”

ডাঃ ভাদুড়ি বলেন, “মস্তিষ্কের শেষ পর্যন্ত কীভাবে আবির্ভাব হয় তার জন্য আরও বিশদ কাঠামো তৈরি করার জন্য আমাদের আরও টাইমপয়েন্ট এবং মস্তিষ্কের অঞ্চলের প্রয়োজন।”

একসাথে, এই ফাঁকগুলি ক্ষেত্রের জন্য পরবর্তী পদক্ষেপগুলি সংজ্ঞায়িত করে: বিস্তৃত মস্তিষ্কের অঞ্চল, আরও বিকাশের পর্যায়, এবং বর্তমান পদ্ধতিগুলি মিস করে এমন কোষের ধরনগুলি ক্যাপচার করতে ঘন স্যাম্পলিং।

অনির্বাণ মুখোপাধ্যায় নতুন দিল্লি থেকে প্রশিক্ষণ ও বিজ্ঞান যোগাযোগকারীর দ্বারা একজন জেনেটিস্ট।