شگفت‌انگیز! نورون‌های آزمایشگاهی “مغز” ساختن: کلید یادگیری و حافظه کشف شد!

انعطاف‌پذیری مغز و شبکه‌های عصبی توی آزمایشگاه

این حرف که “نورون‌هایی که با هم فعال می‌شن، با هم ارتباط برقرار می‌کنن” اشاره به انعطاف‌پذیری مغز داره، اما نورون‌هایی که توی محیط آزمایشگاهی پرورش داده می‌شن، انگار این قانون‌ها رو رعایت نمی‌کنن. نورون‌هایی که توی شرایط آزمایشگاهی کشت می‌شن، شبکه‌هایی تصادفی و بی‌معنی به وجود میارن که همه شون هم‌زمان روشن می‌شن. این شبکه‌ها دقیقاً نشون‌دهنده این نیستن که مغزِ واقعی چطوری یاد می‌گیره؛ واسه همین هم نمی‌شه از مطالعه‌شون نتایج زیادی گرفت.

اما اگه بتونیم نورون‌هایی که توی آزمایشگاه پرورش داده می‌شن رو جوری توسعه بدیم که رفتار طبیعی‌تری داشته باشن، چی؟ یه گروه تحقیقاتی تو دانشگاه توهوکو از دستگاه‌های ریزسیال (میکروفلوئیدیک) استفاده کردن تا شبکه‌های عصبی بیولوژیکی رو بازسازی کنن که ارتباطاتشون شبیه به اون چیزی باشه که تو سیستم عصبی حیوانات وجود داره. اونا نشون دادن که این شبکه‌ها الگوهای فعالیت پیچیده‌ای از خودشون نشون می‌دن که می‌تونن با تحریک‌های مکرر تغییرِ ساختار پیدا کنن. این کشفِ جالب ابزارهای جدیدی رو برای مطالعه‌ی یادگیری و حافظه فراهم می‌کنه.

نتایج این تحقیق تو تاریخ 23 نوامبر 2024 توی مجله‌ی Advanced Materials Technologies به صورت آنلاین منتشر شد. تو بعضی از قسمت‌های مغز، اطلاعات به صورت “گروه‌های نورونی” یا اجتماعات نورونی که هم‌زمان روشن می‌شن، کدگذاری و ذخیره می‌شن. این اجتماعات بر اساس سیگنال‌هایی که از محیط می‌گیرن، تغییر می‌کنن که به عنوان پایه‌ی عصبی یادگیری و به خاطر سپردن ما در نظر گرفته می‌شن. با این حال، مطالعه‌ی این فرآیندها با استفاده از مدل‌های حیوانی به خاطر ساختار پیچیده‌شون سخته.

پیشرفت نورون‌ها توی آزمایشگاه: یه قدم به سمت درک بهتر یادگیری و حافظه

هیدئاکی یاماموتو از دانشگاه توهوکو می‌گه: “دلیل نیاز به پرورش نورون‌ها تو آزمایشگاه اینه که سیستم‌ها خیلی ساده‌تر هستن.” نورون‌های پرورش‌یافته توی آزمایشگاه به دانشمندا این امکان رو می‌دن که چگونگی عملکرد یادگیری و حافظه رو توی شرایط کنترل‌شده بررسی کنن. خواسته‌شون از این نورون‌ها اینه که تا جایی که می‌شه به واقعیت نزدیک باشن.

یه مدل خاص برای اتصال نورون‌ها

گروه تحقیقاتی یه مدل خاص با استفاده از یه دستگاه ریزسیال (میکروفلوئیدیک) درست کردن؛ یه دستگاه کوچیک با ساختارهای سه‌بعدی خیلی ریز. این دستگاه به نورون‌ها اجازه می‌ده که به هم وصل بشن و شبکه‌هایی شبیه به اون چیزی بسازن که توی سیستم عصبی حیوانات وجود داره. با تغییر اندازه‌ و شکل تونل‌های ریز (که بهشون میکروکانال گفته می‌شه) که نورون‌ها رو به هم وصل می‌کنن، گروه تحقیقاتی تونستن کنترل کنن که نورون‌ها چقدر با هم در ارتباط هستن.

نتایج جالب از شبکه‌های عصبی

محققان نشون دادن که شبکه‌هایی با میکروکانال‌های کوچیک می‌تونن گروه‌های مختلف نورونی رو حفظ کنن. مثلاً، نورون‌های کشت‌شده توی دستگاه‌های سنتی تمایل داشتن که فقط یه گروه رو نشون بدن، در حالی که نورون‌های پرورش‌یافته با میکروکانال‌های کوچیک تا شش گروه مختلف رو نشون می‌دادن. علاوه بر این، گروه فهمید که تحریک مکرر، این گروه‌ها رو تنظیم می‌کنه که نشون‌دهنده‌ی فرآیندی شبیه به انعطاف‌پذیری مغزـه، انگار که سلول‌ها دارن دوباره شکل می‌گیرن.

پتانسیل فناوری ریزسیال (میکروفلوئیدیک)

این فناوری ریزسیال (میکروفلوئیدیک) به همراه نورون‌های کشت‌شده می‌تونه تو آینده برای ساخت مدل‌های پیشرفته‌تری استفاده بشه که توانایی شبیه‌سازی عملکردهای خاص مغز، مثل شکل‌گیری و یادآوری خاطرات رو داشته باشن.

“`