ఫంక్షనల్ బ్రెయిన్ కనెక్టివిటీలో అంతర్-వ్యక్తిగత వ్యత్యాసాలను వివరించే మానవ ప్రోటీన్లు గుర్తించబడ్డాయి

“మానవ జ్ఞానం మరియు ప్రవర్తన యొక్క యాంత్రిక ప్రాతిపదికను చివరికి వివరించే మెదడు యొక్క అవగాహనను అభివృద్ధి చేయడమే న్యూరోసైన్స్ యొక్క ప్రధాన లక్ష్యం” అని బర్మింగ్‌హామ్ న్యూరాలజీ విభాగంలో అలబామా విశ్వవిద్యాలయంలోని అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ జెరెమీ హెర్స్కోవిట్జ్, Ph.D. క్రిస్ గైటెరి, Ph.D., SUNY అప్‌స్టేట్ మెడికల్ యూనివర్శిటీ, సిరక్యూస్, న్యూయార్క్‌తో కలిసి అధ్యయనం యొక్క సంబంధిత రచయిత. “ఈ అధ్యయనం మానవ మెదడు కనెక్టివిటీపై పరమాణు అవగాహనను అందించడానికి చాలా భిన్నమైన బయోఫిజికల్ స్కేల్స్ నుండి డేటాను సమగ్రపరచడం యొక్క సాధ్యతను ప్రదర్శిస్తుంది.”

ప్రోటీన్లు మరియు mRNA యొక్క మాలిక్యులర్ స్కేల్ నుండి ఫంక్షనల్ మరియు స్ట్రక్చరల్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ ఇమేజింగ్ యొక్క మెదడు-వ్యాప్త న్యూరోఇమేజింగ్ స్కేల్‌కు అంతరాన్ని తగ్గించడం — సుమారు ఏడు ఆర్డర్‌ల మాగ్నిట్యూడ్ — రిలీజియస్ ఆర్డర్స్ స్టడీ మరియు రష్ మెమరీ మరియు ఏజింగ్ ద్వారా సాధ్యమైంది. ప్రాజెక్ట్, లేదా ROSMAP, రష్ విశ్వవిద్యాలయం, చికాగో, ఇల్లినాయిస్ వద్ద.

ROSMAP కాథలిక్ సన్యాసినులు, పూజారులు మరియు 65 లేదా అంతకంటే ఎక్కువ వయస్సు ఉన్న సోదరులను నమోదు చేస్తుంది, వారు నమోదు సమయంలో చిత్తవైకల్యం లేనివారు. పాల్గొనేవారు ప్రతి సంవత్సరం వైద్య మరియు మానసిక మూల్యాంకనాలను అందుకుంటారు మరియు మరణం తర్వాత వారి మెదడులను దానం చేయడానికి అంగీకరిస్తారు.

హెర్స్కోవిట్జ్, గైటెరి మరియు సహచరులు 98 మంది ROSMAP పాల్గొనేవారి ప్రత్యేక బృందం నుండి పోస్ట్‌మార్టం మెదడు నమూనాలు మరియు డేటాను అధ్యయనం చేశారు. వారి డేటా రకాల్లో విశ్రాంతి స్థితి fMRI, స్ట్రక్చరల్ MRI, జెనెటిక్స్, డెన్డ్రిటిక్ స్పైన్ మోర్ఫోమెట్రీ, ప్రోటీమిక్స్ మరియు మెదడు యొక్క ఉన్నతమైన ఫ్రంటల్ గైరస్ మరియు ఇన్ఫీరియర్ టెంపోరల్ గైరస్ నుండి జన్యు వ్యక్తీకరణ కొలతలు ఉన్నాయి.

“వ్యక్తులలోని ఫంక్షనల్ కనెక్టివిటీ నమూనాల స్థిరత్వం ఆధారంగా, మెదడు కనెక్టివిటీకి అంతర్లీనంగా ఉన్న పరమాణు విధానాలకు ప్రాధాన్యత ఇవ్వడానికి అదే వ్యక్తుల నుండి యాంటీమార్టం న్యూరోఇమేజింగ్ డేటాతో పోస్ట్‌మార్టం మాలిక్యులర్ మరియు సబ్ సెల్యులార్ డేటాను కలపడం సాధ్యమవుతుందని మేము ఊహిస్తున్నాము” అని హెర్స్కోవిట్జ్ చెప్పారు.

MRI స్కాన్ సమయంలో మరియు మరణించే సమయంలో ROSMAP పాల్గొనేవారి సగటు వయస్సు వరుసగా 88 +/- 6 సంవత్సరాలు మరియు 91 +/- 6 సంవత్సరాలు, MRI స్కాన్ మరియు మరణించే వయస్సు మధ్య సగటు సమయ వ్యవధి 3 +/- 2 సంవత్సరాలు. మెదడు నమూనాకు సగటు పోస్ట్‌మార్టం విరామం 8.5 +/- 4.6 గంటలు. అధ్యయనంలో, పరిశోధకులు ప్రతి ఓమిక్, సెల్యులార్ మరియు న్యూరోఇమేజింగ్ డేటా రకం యొక్క వివరణాత్మక క్యారెక్టరైజేషన్‌ను ప్రదర్శించారు, ఆపై గణన క్లస్టరింగ్ అల్గారిథమ్‌లను ఉపయోగించి వివిధ డేటా రకాలను ఏకీకృతం చేశారు.

మెదడు-వ్యాప్త న్యూరోఇమేజింగ్ స్కేల్‌తో మాలిక్యులర్ స్కేల్‌ను లింక్ చేయడానికి ఇంటర్మీడియట్ స్కేల్ కొలతను — డెన్డ్రిటిక్ స్పైన్ మోర్ఫోమెట్రీ, ఆకారాలు, పరిమాణాలు మరియు వెన్నుముక యొక్క సాంద్రతలను ఉపయోగించడం పరిశోధనకు కీలకం. ఫంక్షనల్ కనెక్టివిటీతో ప్రోటీన్ అనుబంధాన్ని గుర్తించడానికి ప్రోటీమిక్ మరియు ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమిక్ సిగ్నల్‌లను సందర్భోచితంగా చేయడానికి డెన్డ్రిటిక్ స్పైన్ మోర్ఫోమెట్రీ యొక్క ఏకీకరణ చాలా కీలకం. “ప్రారంభంలో, ప్రొటీన్ మరియు RNA చర్యలు ఫంక్షనల్ కనెక్టివిటీలో వ్యక్తి-నుండి-వ్యక్తి వేరియబిలిటీని వివరించలేకపోయాయి; అయినప్పటికీ, అణువుల నుండి ఇంటర్-మెదడు ప్రాంత కమ్యూనికేషన్‌కు అంతరాన్ని తగ్గించడానికి మేము డెన్డ్రిటిక్ వెన్నెముక పదనిర్మాణాన్ని ఏకీకృతం చేసిన తర్వాత ఇవన్నీ క్లిక్ చేయబడ్డాయి” అని హెర్స్కోవిట్జ్ చెప్పారు. .

డెండ్రైట్ అనేది ఇతర న్యూరాన్‌ల నుండి ప్రేరణలను స్వీకరించే న్యూరాన్ శరీరం నుండి శాఖలుగా ఉండే పొడిగింపు. ప్రతి డెండ్రైట్‌లో స్పైన్‌లు అని పిలువబడే వేలాది చిన్న ప్రోట్రూషన్‌లు ఉంటాయి. ప్రతి వెన్నెముక యొక్క తల మరొక న్యూరాన్ యొక్క ఆక్సాన్ నుండి పంపిన ప్రేరణను స్వీకరించడానికి సినాప్స్ అని పిలువబడే ఒక కాంటాక్ట్ పాయింట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. మెదడు ప్లాస్టిసిటీ అని పిలువబడే ప్రక్రియలో భాగమైన కొత్త సినాప్సెస్‌ను ఏర్పరుచుకుంటూ డెండ్రిటిక్ స్పైన్‌లు ఆకారాన్ని లేదా వాల్యూమ్‌ను వేగంగా మార్చగలవు మరియు వెన్నెముక యొక్క తల నిర్మాణాత్మకంగా పోస్ట్‌నాప్టిక్ సాంద్రతకు మద్దతు ఇస్తుంది. వెన్నుముకలను వాటి త్రిమితీయ నిర్మాణం ఆధారంగా సన్నని, పుట్టగొడుగు, మొండి లేదా ఫిలోపోడియా వంటి ఆకృతి ఉపవర్గాలుగా విభజించవచ్చు. ఈ వేసవిలో, వేరొక అధ్యయనంలో, హెర్స్కోవిట్జ్ మరియు సహచరులు ROSMAP నమూనాలను ఉపయోగించారు, చాలా పాత కాలంలో జ్ఞాపకశక్తిని భద్రపరచడం అనేది డెన్డ్రిటిక్ వెన్నెముక తల వ్యాసంతో కొలవబడిన నాణ్యతతో నిర్వహించబడుతుంది, మెదడులోని సినాప్సెస్ పరిమాణం కాదు.

ఈ తాజా అధ్యయనంలో, ఫంక్షనల్ కనెక్టివిటీ మరియు స్ట్రక్చరల్ కోవేరియేషన్‌లో అంతర్-వ్యక్తిగత వ్యత్యాసాలను వివరించే పరిశోధకులు గుర్తించిన వందలాది ప్రోటీన్‌లు సినాప్సెస్, ఎనర్జీ మెటబాలిజం మరియు ఆర్‌ఎన్‌ఏ ప్రాసెసింగ్‌లో పాల్గొన్న ప్రోటీన్‌ల కోసం సమృద్ధిగా ఉన్నాయి. “జన్యు, పరమాణు, ఉపకణ మరియు కణజాల స్థాయిలలో డేటాను సమగ్రపరచడం ద్వారా, మేము మెదడు ప్రాంతాల మధ్య కనెక్టివిటీకి సినాప్సెస్ వద్ద నిర్దిష్ట జీవరసాయన మార్పులను అనుసంధానించాము” అని హెర్స్కోవిట్జ్ చెప్పారు.

“మొత్తంమీద, ఈ అధ్యయనం ఒకే మెదడుల నుండి మానవ న్యూరోసైన్స్‌లోని ప్రధాన దృక్కోణాలలో డేటాను పొందడం బహుళ బయోఫిజికల్ స్కేల్స్‌లో మానవ మెదడు పనితీరు ఎలా మద్దతు ఇస్తుందో అర్థం చేసుకోవడానికి పునాది అని సూచిస్తుంది” అని హెర్స్కోవిట్జ్ చెప్పారు. “బహుళ-స్థాయి మెదడు సమకాలీకరణ యొక్క పరిధిని మరియు భాగాలను పూర్తిగా నిర్ణయించడానికి భవిష్యత్ పరిశోధన అవసరం అయితే, మేము బయోఫిజికల్ స్కేల్స్‌లో ప్రతిధ్వనించే అవకాశం ఉన్న అణువుల యొక్క దృఢంగా నిర్వచించబడిన ప్రారంభ సెట్‌ను ఏర్పాటు చేసాము.”

హెర్స్కోవిట్జ్ మరియు గైటెరితో పాటు, “మల్టీస్కేల్ ఇంటిగ్రేషన్ హ్యూమన్ బ్రెయిన్ కనెక్టివిటీతో అనుబంధించబడిన సినాప్టిక్ ప్రొటీన్‌లను గుర్తిస్తుంది” అనే అధ్యయనం యొక్క సహ రచయితలు బెర్నార్డ్ ఎన్‌జి, షిన్యా తసాకి మరియు డేవిడ్ ఎ. బెన్నెట్, రష్ యూనివర్శిటీ మెడికల్ సెంటర్, చికాగో, ఇల్లినాయిస్; కెల్సే M. గ్రేట్‌హౌస్, కోర్ట్నీ K. వాకర్, ఆడ్రీ J. వెబర్, ఆష్లే B. ఆడమ్సన్, జూలియా P. ఆండ్రేడ్, ఎమిలీ H. పూవే, కెండల్ A. కర్టిస్ మరియు హమద్ M. ముహమ్మద్, UAB డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ న్యూరాలజీ మరియు సెంటర్ ఫర్ న్యూరోడెజెనరేషన్ అండ్ ఎక్స్‌పెరిమెంటల్ థెరప్యూటిక్స్; అడా జాంగ్, SUNY అప్‌స్టేట్ మెడికల్ యూనివర్శిటీ; సిడ్నీ కోవిట్జ్, మాట్ సిస్లాక్, జాకోబ్ సీడ్లిట్జ్, టెడ్ సాటర్త్‌వైట్ మరియు జాకబ్ వోగెల్, యూనివర్సిటీ ఆఫ్ పెన్సిల్వేనియా, ఫిలడెల్ఫియా, పెన్సిల్వేనియా; మరియు నికోలస్ T. సెయ్‌ఫ్రైడ్, ఎమోరీ యూనివర్శిటీ స్కూల్ ఆఫ్ మెడిసిన్, అట్లాంటా, జార్జియా.

నేషనల్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ హెల్త్ గ్రాంట్స్ AG061800, AG061798, AG057911, AG067635, AG054719, AG063755, AG068024, NS061788, AG10161, AG10161, AG72951, AG7295181, AG72955 మరియు AG61356.

UABలో, న్యూరాలజీ అనేది మార్నిక్స్ E. హెర్‌సింక్ స్కూల్ ఆఫ్ మెడిసిన్‌లో ఒక విభాగం.