مغز انسان: کشف رازهای حیاتی حافظه با نگاهی متفاوت به “صندوق سیاه”

رمز و رازهای مغز انسان گشوده می‌شود

مغز آدمی، که گاهی بهش می‌گن یه صندوق سیاه، داره کم‌کم رازهاش رو رو می‌کنه. هرچند که الگوهای حیوانی خیلی تو فهمیدن مغز پستانداران بهمون کمک کردن، اما داده‌های محدود انسانی هم باعث شده چیزای مهمی رو بفهمیم. توی یه مقاله‌ای که تو مجله‌ی Cell چاپ شده، یه گروه به سرپرستی تیم یونس از مؤسسه علم و فنّاوری اتریش (ISTA) و جراحان مغز و اعصاب از دانشگاه علوم پزشکی وین، اومدن سراغ ناحیه‌ی CA3 تو هیپوکمپ انسان. این ناحیه نقش خیلی مهمی تو ذخیره‌ی خاطرات داره.

خیلیامون لحظه‌های طلایی رو یادمون میاد، اون وقتا که با پدربزرگ و مادربزرگ‌هامون دور آتیش می‌نشستیم؛ لحظه‌هایی که قلب‌مون تندتر می‌زد و با قصه‌های جذابشون از روزهای خوب گذشته گوش می‌دادیم، قصه‌هایی که با تصویرهای زنده و یکم خیال‌پردازی تعریف می‌شد. مغز انسان توانایی عجیبی داره که خاطرات رو تو طول عمرش ذخیره و یادآوری کنه. یه فضا، یه بو یا یه موقعیت آشنا، می‌تونه یه خاطره رو دوباره زنده کنه و مغز ما از این ارتباط‌ها استفاده می‌کنه تا الگوها رو کامل کنه. هرچند مغز انسان واسه این کار بهینه شده، اما هنوزم داریم می‌فهمیم که چطوری اطلاعات محیط اطراف رو جمع می‌کنه.

این الگوهای تکمیل‌شونده یه ویژگی محاسباتی خارق‌العاده تو مغز ماست که بهش می‌گن حافظه تداعی‌گر. بیشتر دانش‌مون درباره‌ی مغز از مدل‌های حیوانی خیلی خوب مطالعه شده مثل موش‌ها به‌دست اومده که واسه‌ی علم خیلی لازمن. اما آیا واقعاً مغز انسان فقط یه نسخه‌ی بزرگ‌شده از مغز موشه، یا ویژگی‌های خاصی داره که آدمیزادش می‌کنه؟ حالا دانشمندا از مؤسسه علم و فنّاوری اتریش (ISTA) و جراحای مغز و اعصاب دانشگاه علوم پزشکی وین دارن بررسی می‌کنن که چطوری حافظه‌های تداعی‌گر تو مغز انسان شکل می‌گیرن و دوباره یادآوری می‌شن.

مغز انسان، نه یه «مغز موش گنده»

مرکز یادگیری و حافظه‌ی تداعی‌گر تو مغز، هیپوکامپ هست. تو خودش، یه منطقه‌‌ی داره به اسم CA3 که مسئول ذخیره‌ی اطلاعات و تکمیل الگوهاست. چون از مواد انسانی سالم کم داشتیم، بیشتر مطالعه‌ها تا حالا رو الگوهای حیوانی متمرکز بوده. یونس و واتسون با همکاری راسلر که یه جراح مغز و اعصاب متخصص تو درمان صرع‌های مقاوم به درمانه، این مشکل رو حل کردن. یونس می‌گه: «در حالی که بیمارایی که جراحی مغز و اعصاب می‌شن، علائم خیلی متنوعی دارن، پروفسور راسلر تونست یه گروه از بیماران صرعی رو پیدا کنه که هیپوکامپ سالمی داشتن.»

دانشمندا نمی‌تونستن این فرصت رو از دست بدن. یونس توضیح می‌ده: «تو این نوع بیماری صرع، برداشتن یه طرف هیپوکامپ لازمه تا بیمارا بتونن خوب بشن و دیگه صرع نداشته باشن.» بنابراین، تیم تونست با گرفتن رضایت آگاهانه، بافت سالم هیپوکامپ رو از ۱۷ بیمار صرعی بگیره. دانشمندا با ترکیب تکنیک‌های پیشرفته آزمایشگاهی — ثبت چندسلولی پچ-کلمپ برای اندازه‌گیری ویژگی‌های عملکردی دینامیک نورون‌ها و میکروسکوپ فوق‌تفکیک‌پذیر — به یافته‌های حیرت‌انگیزی رسیدن.

مغز انسان به هیچ‌وجه یه نسخه‌ی بزرگ شده از هیپوکامپ موش نیست. ارتباط‌های عصبی تو ناحیه CA3 انسان کمتر متراکم بودن و سیناپس‌ها — یعنی جاهایی که سیگنال‌ها بین نورون‌ها منتقل می‌شن — به نظر می‌رسید که قابل اعتمادتر و دقیق‌ترن. در نتیجه، تیم ویژگی‌های منحصر به فرد سیم‌کشی مغز انسان رو کشف کرد.

«انگار هیچی نمی‌دونستیم»

با وجود تفاوت‌های مهم تو ساختار سلولی و ارتباط سیناپسی هیپوکامپ انسان نسبت به موش‌ها و رت‌ها، داده‌های مدل‌های حیوانی همچنان خیلی مهم هستن.

نگاهی به تحقیقات جدید روی بافت مغز انسان

این تحقیق مثل یه راهنما عمل می‌کنه و به دانشمندا کمک می‌کنه تا فناوری‌های لازم برای مطالعه‌ی بافت انسانی رو پیشرفت بدن. واتسون می‌گه: «با توجه به سابقه‌ام تو کارکردن با موش‌ها، فکر می‌کردم همه‌چیز رو درباره‌ی هیپوکامپوس می‌دونم.» و ادامه می‌ده: «همین که شروع کردم نمونه‌های بیمار رو بررسی کنم، فهمیدم که چقدر درباره‌ی هیپوکامپوس انسان نمی‌دونم. با اینکه این قسمت از مغز تو موش‌ها خوب مطالعه شده، اما حس می‌کردم که هیچی درباره‌ی فیزیولوژی انسان، ساختار سلولی یا ارتباطاتش نمی‌دونم.»

بنابراین، واتسون و یونس با توجه به تجربه‌شون تو کار با بافت هیپوکامپوس موش‌ها، نیاز داشتن که راه‌های جدیدی برای بررسی این قسمت از مغز تو انسان پیدا کنن.

مدلسازی قدرت محاسباتی مغز انسان

این تیم با استفاده از داده‌های تجربی‌شون، دنبال این بودن که یه مدل از قدرت محاسباتی شبکه‌ی CA3 تو هیپوکامپوس انسان بسازن. اونا فهمیدن که مدارهای خاص انسان و ارتباطات سیناپسی‌شون این امکان رو بهشون می‌ده که اندازه‌گیری کنن که خاطرات چقدر با اطمینان ذخیره و بازیابی می‌شن. یونس می‌گه: «ما می‌تونستیم آزمایش کنیم که چند الگو تو این مدل جا می‌شه. این بهمون کمک کرد تا نشون بدیم که اتصالات سیناپسی ظریف و قابلیت اطمینان بالای سیناپسی خاص انسان، ظرفیت ذخیره‌سازی رو زیاد می‌کنه.»

به عبارت دیگه، اونا کشف کردن که چطوری شبکه‌ی CA3 انسان اطلاعات رو به طور موثر کدگذاری می‌کنه تا ارتباط‌ها و ذخیره‌سازی خاطرات رو به حداکثر برسونه.

بهترین روز تو کار یه فیزیولوژیست

این مطالعه به تغییر دید دانشمندا و متخصصای بهداشت نسبت به مغز انسان کمک می‌کنه. یونس می‌گه: «کار ما نشون می‌ده که باید درک‌مون از مغز رو از دیدگاه انسانی بازنگری کنیم. پژوهش‌های آینده تو زمینه مدارهای مغزی، حتی اگه از مدل موش استفاده بشه، باید با در نظر گرفتن مغز انسان انجام بشن.»

به گفته‌ی دانشمندا، این کار نتیجه‌ی همکاری بین یه جراح مغز و اعصاب خوب و فیزیولوژیست‌های مناسبه. واتسون تأکید می‌کنه: «پروفسور راسلر خیلی مشتاق به پیشرفت تحقیقات پایه‌اس و تکنیکای پیشرفته‌ای رو برای بیرون کشیدن بافت بیمار تو بهترین شرایط ممکن واسه بررسی آزمایشگاهی، ابداع کرده.»

این همکاری به محققای ISTA دسترسی به یه منبع کمیاب تو علم داد: بافت مغز انسان سالم و زنده. چون به‌دست آوردن بافت به جراحی‌ها بستگی داشت، دانشمندا فقط هر چند ماه یه بار مواد زیستی جدید دریافت می‌کردن. این موضوع رو تأثیر گذاشته بود رو تدارکات آزمایشگاهشون: اغلب نیاز داشتن که تموم پروژه‌هایی رو که از مواد غیراِنسانی استفاده می‌کنن، یهویی متوقف کنن و جا رو خالی کنن واسه دریافت و بررسی نمونه‌های جدید انسانی.

واتسون می‌گه: «فکر کردن به این که یه بیمار مبتلا به صرع که صبح همون روز جراحی مغز شده بود، تو بیمارستان داشت خوب می‌شد درحالی‌که ما داشتیم یه برش سالم و زنده از بافت مغزش رو بررسی می‌کردیم، یه حس غیرواقعی داشت.» و ادامه می‌ده: «یادمه که بهترین روز تو کارم به‌عنوان یه فیزیولوژیست، وقتی بود که اولین بافت‌های انسانی رسید به آزمایشگاهمون.»

اطلاعات درباره نمونه‌های بافت انسانی بیماران

نمونه‌های بافت انسانی با رضایت آگاهانه‌ی بیماران از ۱۷ نفر مبتلا به صرع لوب تمپورال به‌دست اومد. این کار توسط کمیته‌ی اخلاق دانشگاه علوم پزشکی وین (MUW) تأیید شده (شماره EK: 2271/2021). اطلاعات بیشتر رو می‌تونید تو قسمت مدل تجربی و جزئیات شرکت‌کننده‌ها تو مطالعه، پیدا کنید.

اطلاعات درباره نمونه‌های بافت بعد از مرگ انسان

سه تکه (هر کدوم تقریباً ۱ سانتیمتر مکعب) از بافت بعد از مرگ از بانک بیوبانک مغز سالم در آمستردام (NABCA) به‌دست اومد (توافق پروژه METC: 2023.0733؛ درخواست کمیته‌ی اخلاق ISTA: 2023-03). اطلاعات بیشتر رو می‌تونید تو بخش مدل تجربی و جزئیات شرکت‌کننده‌ها تو مطالعه، پیدا کنید.

اطلاعات درباره مطالعات حیوانی

برای فهمیدن بهتر فرآیندهای اساسی، به‌ویژه تو زمینه‌های علوم اعصاب، ایمنی‌شناسی یا ژنتیک، استفاده از حیوانات تو تحقیقات لازمه. هیچ روش دیگه‌ای مثل مدلای سیلیکونی نمی‌تونه جایگزین بشه. با حیوانات طبق مقررات شدید رفتار، نگهداری و درمان می‌شه. تحقیقات با حیوانات تو ISTA انجام شده.