مغزت چجوری سیم‌کشی میشه؟ کشف راز شبکه‌های عصبی نوزادان!

چگونگی ایجادِ شبکه‌های عصبی توی مغز انسان

توی آدما، فرآیند یادگیری به وسیله گروه‌های مختلفی از سلول‌ها توی مغز انجام می‌شه که با هم کار می‌کنن. مثلا موقعی که نورون‌های مربوط به شناختن یه سگ، هماهنگ با سلول‌هایی که ویژگی‌های سگ رو کد می‌کنن – مثل چهار تا پا، مو، دم و بقیه چیزا – فعال می‌شن، یه بچه کوچولو آخرش می‌تونه سگ‌ها رو بشناسه. اما ساختار مغز قبل از تولد انسان شروع می‌شه، قبل از اینکه اصلاً تجربه‌ای داشته باشن یا حواسشون مثل بینایی کار کنه که این مسیرهای سلولی رو هدایت کنه. حالا این فرآیند چجوری اتفاق میفته؟

توی یه مطالعه جدید که پانزدهم آگوست توی مجلهٔ Science چاپ شد، محققای دانشگاه ییل فهمیدن که چطور سلول‌های مغزی توی مراحل اولیه رشد، به یه شبکهٔ سیم‌کشی شده تبدیل می‌شن، حتی قبل از اینکه تجربه‌ها فرصتی برای شکل دادن به مغز داشته باشن. به نظر می‌رسه که این رشد خیلی زود، از همون قوانین پیروی می‌کنه که رشدای بعدی می‌کنن؛ سلول‌هایی که هم‌زمان فعال می‌شن، به هم وصل می‌شن. اما به جای اینکه تجربه نیروی محرکه باشه، این فعالیتای خودجوشِ سلولی‌ان که نقش اصلی رو بازی می‌کنن.

مایکل کریِر، که توی این تحقیق هم‌کاری داشته و استادِ علوم اعصاب توی دانشکدهٔ پزشکی ییل هست، گفت: «یکی از سوالای اساسی که ما داریم بررسی می‌کنیم اینه که مغز توی مراحل رشد چجوری سیم‌کشی می‌شه؟ قوانین و سازوکارهایی که روی سیم‌کشی مغز اثر می‌ذارن، چیا هستن؟ این یافته‌ها دارن به جواب دادن به این سوال کمک می‌کنن.»

توی این تحقیق، محقق‌ها روی سلول‌های گانگلیونی شبکیه توی موش‌ها تمرکز کردن، که از شبکیه به یه قسمتی از مغز به اسم کالیوس فوقانی می‌رن و اونجا به نورون‌های هدف توی مسیر بعدی وصل می‌شن. اونا هم‌زمان فعالیت یه سلول گانگلیون شبکیه، تغییراتی که توی طول رشد توی اون سلول اتفاق میفته و فعالیت سلول‌های اطراف رو توی موش‌های تازه به دنیا اومده – که هنوز چشماشون باز نشده بود – اندازه‌گیری کردن. این آزمایش از نظر فنی خیلی پیچیده بود و با استفاده از تکنیک‌های میکروسکوپی پیشرفته و پروتئین‌های فلورسانس که فعالیت سلولی و تغییرات اون رو نشون می‌دادن، ممکن شد.

تحقیقات قبلی نشون دادن که قبل از اینکه تجربهٔ حسی اتفاق بیفته – مثلاً، زمانی که آدما توی شکم مادرشون هستن یا روزهای قبل از اینکه موشای کوچیک چشماشونو وا کنن – فعالیتای نورونی خود به خود شکل می‌گیرن و امواجی رو درست می‌کنن.

تحقیقات جدید در مورد رشد شاخه‌های آکسون توی سلول‌های گانگلیون شبکیه

توی یه مطالعهٔ جدید، پژوهشگرا فهمیدن که وقتی فعالیت یه سلول گانگلیون شبکیه با امواج فعالیت خود به خودی توی سلول‌های اطراف هم‌زمان باشه، آکسون اون سلول – قسمتی از سلول که به سلول‌های دیگه وصل می‌شه – شاخه‌های جدیدی می‌سازه. اما وقتی این فعالیت‌ها خوب هم‌زمان نباشن، به جای اون، شاخه‌های آکسون حذف می‌شن. لیانگ لیانگ، که از نویسنده‌های ارشد این مطالعه و استادیار علوم اعصاب توی دانشکدهٔ پزشکی ییل هست، گفت: «این داره به ما می‌گه که وقتی این سلول‌ها با هم فعال می‌شن، ارتباطات قوی‌تر می‌شن.» اون اضافه کرد: «شاخه شاخه شدن آکسون‌ها اجازه می‌ده که ارتباط‌های بیشتری بین سلول گانگلیون شبکیه و نورون‌های هم‌زمان توی مسیر کالیوس فوقانی درست بشه.»

این یافته‌ها با چیزی هماهنگه که به اسم «قانون هب» می‌شناسیم؛ یه ایده‌ای که دونالد هب روانشناس، سال 1949 مطرح کرد. اون موقع، هِب پیشنهاد داد که وقتی یه سلول مرتباً باعث فعال شدن یه سلول دیگه می‌شه، ارتباط بین این دوتا قوی‌تر می‌شه. کریر، که معاون پژوهش و استاد علوم بینایی و چشم‌پزشکی هم هست، گفت: «قانون هب توی روانشناسی به طور گسترده‌ای برای توضیح پایه‌های مغزی یادگیری استفاده می‌شه. حالا ما داریم نشون می‌دیم که این قانون توی طول رشد اولیهٔ مغز هم با دقت زیر سلولی اجرا می‌شه.»

توی این مطالعهٔ جدید، پژوهشگرا تونستن تعیین کنن که توی کدوم قسمت از سلول، احتمال تشکیل شاخه‌ها بیشتره. الگوها وقتی که پژوهشگرا هم‌زمانی بین سلول و امواج خود به خودی رو به هم زدن، دچار اختلال شد. فعالیت خود به خودی توی طول رشد توی چندتا مسیر عصبی دیگه هم اتفاق می‌افته، مثل نخاع، هیپوکامپ و حلزون گوش. به گفتهٔ کریر، با اینکه الگوی خاص فعالیت سلولی توی هر کدوم از این نواحی فرق داره، ممکنه قوانین مشابهی روی اینکه چجوری اتصالات سلولی توی اون مسیرها شکل می‌گیره، حاکم باشه.

در آینده، پژوهشگرا بررسی می‌کنن که آیا این الگوهای شاخه‌شاخه شدن آکسون بعد از اینکه چشم‌های موش‌ها باز شد، ادامه داره یا نه و اینکه برای نورون‌های متصل به قسمت‌های پایینی چه اتفاقی میفته وقتی یه شاخهٔ آکسون جدید درست می‌شه. لیانگ گفت: «آزمایشگاه‌های کریر و لیانگ به همکاری توی تخصصشون – یعنی رشد مغز و عکس‌برداری از سلول‌ها – ادامه می‌دن تا بررسی کنن که چجوری ساخت و اصلاح مسیرهای مغزی تحت تأثیر الگوهای دقیق فعالیت عصبی توی مراحل مختلف رشد قرار می‌گیره.»

این تحقیق بخشی از حمایت‌های مؤسسهٔ کافلیِ علوم اعصاب توی دانشکدهٔ پزشکی ییل بود.

“`