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L’examen des réseaux dans le cerveau du chien fournit plus d’informations sur l’évolution des mammifères

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L’examen des réseaux dans le cerveau du chien fournit plus d’informations sur l’évolution des mammifères

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Vues sélectionnées de réseaux cérébraux fonctionnels superposées dans un atlas cérébral stéréotaxique 3D. Différentes couleurs représentent différents réseaux fonctionnels. A gauche, B ventrale, C région sous-canalaire cingulaire, D droite, E dorsale. crédit: Structure et fonction du cerveau (2023). DOI : 10.1007/s00429-023-02625-y

Une étude des réseaux cérébraux canins a révélé qu’au cours du développement du cerveau des mammifères, le rôle du cortex cingulaire, une structure bilatérale située profondément dans le cortex cérébral, était partiellement pris en charge par les lobes frontaux latéraux, qui contrôlent la résolution de problèmes, la commutation de tâches, et un comportement orienté vers un but. L’étude s’appuie sur un atlas cérébral IRMf, qui peut aider à analyser les maladies caractérisées par des défauts d’intégration et de communication entre les régions du cerveau.

Les chercheurs intéressés par la façon dont les chiens pensent peuvent non seulement déduire cela de leur comportement, mais aussi étudier leur activité cérébrale en utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour identifier et voir quelles zones du cerveau sont actives lorsque le chien réagit à des stimuli externes. La méthode identifie les mécanismes cérébraux qui influencent l’apprentissage et la mémoire d’un chien, conduisant à des méthodes de dressage canin supérieures ainsi qu’à l’apprentissage des étapes évolutives qui ont conduit à l’évolution des fonctions cérébrales humaines.

Le Département des comportements de l’Université Eötvös Loránd (ELTE) est à l’avant-garde du développement de la méthodologie de mesure de l’IRMf pour les chiens depuis 2006. La méthodologie de formation pour les chiens de compagnie a été développée par Márta Gácsi, qui a également apporté une contribution significative à la fourniture de éducation canine en Hongrie. Elle a adopté de nombreuses méthodes à partir de là, les complétant par un entraînement à motivation sociale basé sur des principes d’entraînement à la compétition découverts grâce à la recherche comportementale.

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« Dans cette approche, l’apprenant est intensément motivé pour apprendre la tâche en observant le travail d’un chien déjà dressé et en voulant le louer. À la suite de la formation à l’IRM, le chien dressé est capable (et tellement excité !) de mentir immobile dans le scanner IRM pendant huit minutes, par rapport aux caresses et aux friandises attendues.

Ces dernières années, l’IRMf des chiens a généralement consisté à jouer des sons pour les animaux et à rechercher quelles régions du cerveau sont activées lors du traitement des sons par le cerveau.

Les signaux d’activité cérébrale sont généralement affichés sur un atlas anatomique pour identifier la zone cérébrale affectée.

Le problème, cependant, est que les activités fonctionnelles sont irrégulières et ne suivent pas nécessairement des limites régulières définies anatomiquement. Certaines parties du cerveau sont généralement impliquées dans le traitement d’entrées spécifiques ensemble, c’est-à-dire qu’elles fonctionnent de manière synchrone, formant un réseau cérébral fonctionnel. a déclaré Dora Szabo, première auteure de l’étude publiée dans Structure et fonction du cerveau.

Un nouvel atlas pour les chercheurs sur le cerveau canin

Pour créer l’atlas fonctionnel du cerveau, 33 chiens de famille entraînés ont été inclus dans l’étude. Pendant l’enregistrement IRMf, les chiens n’ont reçu aucune autre tâche que de rester immobiles dans le scanner. C’est ce qu’on appelle l’IRMf à l’état de repos, ou IRMf-rs en abrégé, qui examine l’activité cérébrale sans que la personne s’engage dans une tâche spécifique, sans se concentrer ni penser à quoi que ce soit en particulier, dans un « état de repos ». Les données obtenues de cette manière peuvent révéler quelles régions du cerveau sont fonctionnellement liées les unes aux autres et lesquelles sont étroitement interconnectées, permettant aux chercheurs d’étudier les réseaux et les connexions cérébrales.

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La méthodologie originale a été encore améliorée en appliquant la théorie des réseaux avec l’aide de Milan Yanusov, un scientifique des réseaux et des données à l’Université d’Europe centrale. Alors que les recherches précédentes ne pouvaient décrire que des réseaux basés sur des modèles indépendamment des limites anatomiques, de nouveaux atlas cérébraux IRM canins qui reflètent les régions anatomiques avec la précision requise ont permis aux chercheurs d’étudier la force des connexions entre les membres du réseau ou entre les réseaux, ainsi que de comparer les espèces. en raison de la taille de la grande population canine.

Les cerveaux sont dominés par différentes régions chez les chiens et les humains

Selon l’étude, les réseaux dans les lobes frontaux latéraux (frontal-pariétal) qui contrôlent la résolution de problèmes, le changement de tâche et le comportement axé sur les objectifs ont un rôle moins important chez les chiens que chez les humains. A sa place, le cortex cingulaire, une structure bilatérale située profondément dans le cortex cérébral, joue un rôle central. Il est impliqué dans un certain nombre de processus vitaux en plus du traitement des récompenses et de la régulation des émotions. Le cortex cingulaire chez le chien est proportionnellement plus grand que chez l’homme.

effets du vieillissement

Les chercheurs ont mesuré des chiens d’âges différents, le plus âgé ayant 14 ans. Comme mentionné précédemment, les chiens doivent rester immobiles pour obtenir des mesures correctes.

« Les données ont révélé que les chiens plus âgés étaient légèrement moins capables de maintenir leur position de départ. Cependant, cette différence était très faible, même dans leur cas, le déplacement de la tête était inférieur à 0,4 mm. Dans cet aspect, ils sont similaires aux humains, car les personnes âgées trouver Les personnes âgées ont plus de difficulté à rester immobiles pendant de longues périodes que les personnes plus jeunes.

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L’étude donne un aperçu du développement du cerveau humain, suggérant qu’au cours de l’évolution du cerveau des mammifères, le rôle du cortex cingulaire a été partiellement repris par les régions fronto-pariétales. De plus, le nouvel atlas cérébral rs-fMRI peut aider à étudier les conditions dans lesquelles l’intégration et la communication entre les régions du cerveau sont altérées, ce qui entraîne une division inefficace des tâches. Le vieillissement, l’anxiété et les troubles mentaux sont quelques exemples de ces conditions.

Plus d’information:
Dóra Szabó et al., Les nœuds centraux des réseaux cérébraux fonctionnels des chiens sont concentrés dans le gyrus cingulaire, Structure et fonction du cerveau (2023). DOI : 10.1007/s00429-023-02625-y

Informations sur la revue :
Structure et fonction du cerveau


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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

La capsule Starliner de Boeing poursuit une inspection approfondie lors de sa toute première mission d’astronaute.

Starliner a été lancé le 5 juin, transportant les astronautes de la NASA Butch Wilmore et Sonny Williams vers la Station spatiale internationale (ISS) pour une croisière connue sous le nom de Crew Flight Test (CFT).

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La NASA partage une superbe image de la galaxie spirale poussiéreuse NGC 4414 ; Voici tout ce que vous devez savoir

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La NASA partage une superbe image de la galaxie spirale poussiéreuse NGC 4414 ;  Voici tout ce que vous devez savoir

L’agence spatiale américaine National Aeronautics and Space Administration (NASA) a publié une image époustouflante de la galaxie spirale poussiéreuse appelée NGC 4414. L’image a été prise par le télescope spatial Hubble de la NASA dans le cadre du projet majeur HST sur l’échelle de distance extragalactique en 1995.

Le télescope spatial Hubble, lancé en 1990, a modifié la compréhension fondamentale de l’univers, passant de la détermination de la composition atmosphérique des planètes en orbite autour d’autres étoiles à la découverte de l’énergie noire.

Revenant sur la galaxie spirale poussiéreuse, la NASA Hubble déclare : « Sur la base de mesures précises de la luminosité des étoiles variables (étoiles dont la luminosité fluctue) dans NGC 4414, les astronomes ont déterminé que la galaxie se trouve à 60 millions d’années-lumière. »

Elle a ajouté : « Ces informations ont aidé les scientifiques à mieux comprendre le taux d’expansion de notre univers, et nous en avons appris davantage sur la distance et la taille de nombreux objets cosmiques, et même sur l’âge de l’univers lui-même. »

En parlant de l’image partagée par la NSA Hubble, NGC 4414 est une galaxie spirale avec sa composition d’étoiles distincte dans ses différentes régions. Dans leurs régions centrales se trouvent une abondance d’étoiles jaunes et rouges, une caractéristique souvent associée aux amas d’étoiles plus anciens que l’on trouve généralement dans les galaxies spirales.

Dans les régions extérieures, NGC 4414 apparaît plus bleue. La NASA affirme que cette couleur bleuâtre indique la présence d’étoiles plus jeunes et plus chaudes, indiquant une formation d’étoiles en cours dans ces régions. L’image partagée par la NASA montre NGC 4414 comme une grande galaxie spirale avec un noyau jaune lumineux et des bras spiraux tentaculaires décorés de poussière brun foncé et d’amas d’étoiles.

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Selon la NASA Hubble, étant donné que la taille de la galaxie dépassait la capacité des détecteurs WFPC2, seule la moitié de NGC 4414 était visible dans les ensembles de données collectées par les astronomes dans le cadre du projet principal en 1995. Cependant, en 1999, l’équipe Hubble Legacy a revisité NGC. 4414 Et remplissez-le. Dans la partie manquante de son image en observant l’autre moitié en utilisant les mêmes filtres utilisés en 1995.

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Publié : 12 juin 2024, 07h16 IST

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Des scientifiques conçoivent de la caméline avec des graines jaunes à forte production d’huile

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Des scientifiques conçoivent de la caméline avec des graines jaunes à forte production d’huile

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Représentation artistique de l’effet de l’édition des six copies du gène TT8 chez Camelina sativa. Les graines avec des gènes TT8 inactivés (à droite) présentent une couleur jaune, une épaisseur de tégument réduite et une accumulation d’environ 22 % d’huile en plus que les graines de type sauvage (à gauche). Crédit : Valérie Lentz/Laboratoire national de Brookhaven

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Représentation artistique de l’effet de l’édition des six copies du gène TT8 chez Camelina sativa. Les graines avec des gènes TT8 inactivés (à droite) présentent une couleur jaune, une épaisseur de tégument réduite et une accumulation d’environ 22 % d’huile en plus que les graines de type sauvage (à gauche). Crédit : Valérie Lentz/Laboratoire national de Brookhaven

Les efforts visant à atteindre zéro émission nette de carbone provenant des carburants de transport augmentent la demande de pétrole produit par des cultures non alimentaires. Ces plantes utilisent la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone atmosphérique en huile, qui s’accumule dans les graines. Les sélectionneurs de cultures, intéressés à sélectionner des plantes produisant beaucoup d’huile, recherchent des graines jaunes. Dans les cultures oléagineuses comme le canola, les variétés à graines jaunes produisent généralement plus d’huile que leurs homologues à graines brunes. La raison : la protéine responsable de la couleur brune des graines, qui manque aux plantes à graines jaunes, joue également un rôle clé dans la production d’huile.

Aujourd’hui, les biochimistes végétaux du laboratoire national de Brookhaven du département américain de l’Énergie – intéressés par l’intensification de la synthèse d’huiles végétales pour la production durable de biocarburants et d’autres bioproduits – ont exploité ces connaissances pour créer un nouveau groupe de cultures d’oléagineux hautement productives. Sur papier uniquement publié dans Journal de biotechnologie végétaleIls décrivent comment ils ont utilisé des outils génétiques modernes pour produire une variété de graines de Camelina sativa jaune, un proche parent du canola, qui accumule 21,4 % plus d’huile que la cameline ordinaire.

« Si les sélectionneurs peuvent obtenir un petit pourcentage d’augmentation de la production de pétrole, ils considèrent que cela est important, car même de petites augmentations de production peuvent conduire à de fortes augmentations de la production de pétrole lorsque vous cultivez des millions d’acres », a déclaré John Shanklin, biochimiste au laboratoire de Brookhaven. Chef du Département de Biologie du Laboratoire et Responsable du Programme de Recherche sur les Huiles Végétales. « Notre augmentation d’environ 22 % était inattendue et pourrait conduire à une augmentation significative de la production », a-t-il déclaré.

Idée claire, plante insolite

L’idée derrière le développement de cette variété de caméline à haut rendement était simple : imiter ce qui se passe dans les variétés naturelles de canola à graines jaunes à haut rendement.

« Les sélectionneurs ont identifié les plantes avec plus d’huile, dont certaines avaient des graines jaunes, et ils ne se sont pas vraiment préoccupés du mécanisme », a déclaré Shanklin. Mais une fois que les scientifiques ont découvert le gène responsable de la couleur jaune des graines et de l’augmentation de leur teneur en huile, ils ont trouvé un moyen d’augmenter la production d’huile chez d’autres espèces.

Le gène contient des instructions pour fabriquer une protéine connue sous le nom de testa 8 translucide (TT8), qui contrôle la production de composés qui donnent, entre autres, aux graines leur couleur brune. Il est important de noter que TT8 réprime également certains gènes impliqués dans la synthèse du pétrole.

Xiao Hongyu, qui a dirigé ce projet, a émis l’hypothèse que l’élimination du TT8 dans la caméline devrait libérer des inhibiteurs de la synthèse du pétrole, libérant ainsi une partie du carbone qui pourrait être canalisée vers la production pétrolière.


Équipe de recherche du Brookhaven Lab (de gauche à droite) : Jin Zhai, Judy Cui, Shreyas Prakash, Xiaohongyu, John Shanklin, Jörg Schwinder, Hai Shi et Sanket Anokar. Ils sont tous membres du département de biologie du Brookhaven Lab. Prakash et Tsui sont respectivement étudiants de premier cycle à l’Université Cornell et à l’Université Stony Brook et participent au programme de stages en laboratoire du Département américain de l’énergie. Crédit : Jessica Rutkiewicz/Laboratoire national de Brookhaven

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Équipe de recherche du Brookhaven Lab (de gauche à droite) : Jin Zhai, Judy Cui, Shreyas Prakash, Xiaohongyu, John Shanklin, Jörg Schwinder, Hai Shi et Sanket Anokar. Ils sont tous membres du département de biologie du Brookhaven Lab. Prakash et Tsui sont respectivement étudiants de premier cycle à l’Université Cornell et à l’Université Stony Brook et participent au programme de stages en laboratoire du Département américain des sciences de l’énergie. Crédit : Jessica Rutkiewicz/Laboratoire national de Brookhaven

L’élimination d’un seul gène chez la caméline est très difficile car cette plante est inhabituelle parmi les organismes. Au lieu d’avoir deux ensembles de chromosomes – deux copies de chaque gène – il en possède six.

« Ce génome hexaploïde explique pourquoi il n’existe pas d’espèce naturelle de caméline à graines jaunes », a expliqué Yu. « Il serait peu probable que des mutations surviennent simultanément dans les six copies de TT8 et perturbent complètement sa fonction. »

L’édition génétique a un impact sur le pétrole

Grâce aux outils de la génétique moderne, l’équipe de Brookhaven a pu éliminer les six copies de TT8. Ils ont utilisé une technologie d’édition génétique connue sous le nom de CRISPR/Cas9 pour cibler des séquences d’ADN spécifiques dans les gènes TT8. Ils ont utilisé la technologie pour couper l’ADN sur ces sites, puis créer des mutations qui inactivent les gènes. Ensuite, Yu et l’équipe ont mené une série d’analyses biochimiques et génétiques pour surveiller les effets de l’édition ciblée des gènes.

« Le phénotype des graines jaunes que nous recherchions était un excellent guide visuel pour nos recherches », a déclaré Yu. « Cela nous a aidé à trouver les graines que nous recherchions en criblant moins de 100 plantes, et parmi elles, nous avons identifié trois lignées indépendantes dans lesquelles les six gènes étaient perturbés. »

Résultats : La couleur du tégument de la graine est passée du brun au jaune uniquement chez les plantes dans lesquelles les six copies du gène TT8 ont été perturbées. Les graines jaunes contiennent des niveaux inférieurs de flavonoïdes et de mucilage – tous deux normalement produits par des voies biochimiques contrôlées par TT8 – que les graines brunes provenant de souches de caméline au génome non édité.

De plus, plusieurs gènes impliqués dans la synthèse du pétrole et la production d’acides gras, les éléments constitutifs du pétrole, ont été exprimés à des niveaux accrus dans les graines de plantes éditées par CRISPR/Cas9. Cela a conduit à une augmentation significative de l’accumulation de pétrole. Les graines modifiées contenaient une autre surprise positive : les niveaux de protéines et d’amidon n’ont pas changé.

Des mutations ciblées sur TT8 ont été héritées dans les générations suivantes de plantes de caméline, ce qui suggère que les améliorations seraient stables et durables.

« Nos résultats montrent que de nouvelles lignées de caméline peuvent être générées par modification génétique, dans ce cas en manipulant TT8 pour améliorer la biosynthèse du pétrole. Comprendre plus de détails sur la façon dont TT8 et d’autres facteurs contrôlent les voies biochimiques peut fournir des cibles génétiques supplémentaires pour augmenter la production de pétrole.  »  » » dit Shanklin.

Plus d’information:
Yuanheng Cai et al., Établissement de graines jaunes de Camelina sativa avec accumulation améliorée d’huile par inactivation transparente de Testa 8 par CRISPR, Journal de biotechnologie végétale (2024). est ce que je: 10.1111/pbi.14403

Informations sur les magazines :
Journal de biotechnologie végétale


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