مغز در آزمایشگاه: کشف شبکه‌های عصبی که یاد می‌گیرند!

انعطاف‌پذیری اعصاب و شبکه‌های مغزی در بوته‌ی آزمایش

این گزاره که “نورون‌هایی که با هم آتش می‌گیرند، به هم وصل می‌شوند” در واقع به انعطاف‌پذیری عصبی در مغز انسان اشاره داره. اما، انگار نورون‌هایی که توی آزمایشگاه بزرگ می‌شن، از این قائده پیروی نمی‌کنن. نورون‌هایی که توی محیط آزمایشگاهی پرورش داده می‌شن، شبکه‌‌های تصادفی و بی‌معنایی تشکیل میدن که همه‌شون یهو فعال می‌شن. این شبکه‌ها، اون‌جوری که مغز واقعی یاد می‌گیره رو درست نشون نمیدن؛ پس، ما فقط می‌تونیم نتیجه‌گیری‌های محدودی از بررسی‌شون داشته باشیم.

پرورش نورون‌های طبیعی‌تر توی آزمایشگاه

ولی چی می‌شه اگه بتونیم نورون‌های کشت‌شده در آزمایشگاه رو جوری بسازیم که رفتار طبیعی‌تری داشته باشن؟ یه گروه پژوهشی در دانشگاه توهوکو، اومده از دستگاه‌های “میکروفلوئیدیک” استفاده کرده تا شبکه‌های عصبیِ بیولوژیکی رو بازسازی کنه که اتصالات‌شون، شبیه چیزیه که توی سیستم عصبی حیوانات هست. اونا نشون دادن که این شبکه‌ها الگوهای فعالیت پیچیده‌ای دارن و می‌تونن با محرک‌های مکرر، خودشون رو بازتنظیم کنن. این کشف شگفت‌انگیز، ابزارهای جدیدی برای بررسی یادگیری و حافظه فراهم می‌کنه.

انتشار یافته‌های پژوهش

نتایج این تحقیق توی تاریخ ۲۳ نوامبر ۲۰۲۴، توی مجله‌ی Advanced Materials Technologies به صورت آنلاین منتشر شد. توی بعضی از بخش‌های مغز، اطلاعات به صورت “دسته‌های نورونی” یا گروه‌هایی از نورون‌ها که با هم فعال می‌شن، کدگذاری و ذخیره میشه. این دسته‌ها بر اساس سیگنال‌های ورودیِ محیط تغییر می‌کنن و این موضوع، به‌عنوان پایه و اساس عصبیِ یادگیری و خاطره‌هامون در نظر گرفته می‌شه. اما، مطالعه‌ی این فرآیندها با استفاده از مدل‌های حیوانی، به خاطر ساختار پیچیده‌شون، خیلی سخته.

ساخت نورون‌ها توی آزمایشگاه: نیاز و کاربردها

هیده‌آکی یاماموتو از دانشگاه توهوکو می‌گه: “دلیل نیاز به رشد نورون‌ها توی آزمایشگاه، اینه که سیستم‌ها خیلی ساده‌تر هستن.” نورون‌های پرورش‌یافته توی آزمایشگاه این امکان رو به دانشمندا میده که چگونگی عملکرد یادگیری و حافظه رو توی شرایط کاملاً کنترل‌شده بررسی کنن. تقاضا برای این نورون‌ها جوریه که باید تا حد ممکن به واقعیت نزدیک باشن.

مدل‌سازی نورون‌ها با استفاده از فناوری میکروفلوئیدیک

گروه تحقیقاتی، یه مدل خاص با استفاده از دستگاه میکروفلوئیدیک ساختن؛ یه تراشه‌ی کوچیک با ساختارهای سه‌بعدی ریز. این دستگاه، به نورون‌ها اجازه می‌ده که به هم وصل بشن و شبکه‌هایی شبیه به چیزی که توی سیستم عصبی حیوانات هست، بسازن. با تغییر اندازه و شکل تونل‌های ریز (که میکروکانال نامیده میشن) که نورون‌ها رو به هم وصل می‌کنه، تیم پژوهشی تونستن کنترل کنن که نورون‌ها چه مقدار با هم در تعامل باشن.

نتایج و کشفیات

محققان نشون دادن که شبکه‌هایی با میکروکانال‌های کوچیک‌تر، می‌تونن دسته‌های نورونیِ متنوع‌تری رو نگه دارن. مثلاً، نورون‌های کشت‌شده توی دستگاه‌های قدیمی، تمایل داشتن فقط یه دسته رو نشون بدن، در حالی که نورون‌های پرورش‌یافته با میکروکانال‌های کوچیک‌تر، تا شش دسته رو نشون دادن. به علاوه، گروه تحقیقاتی متوجه شد که تحریک مکرر این دسته‌ها رو تنظیم می‌کنه و فرآیندی رو نشون می‌ده که شبیه انعطاف‌پذیری عصبی است، انگار که سلول‌ها دارن دوباره سازماندهی می‌شن.

آینده‌ی فناوری میکروفلوئیدیک

این فناوری میکروفلوئیدیک، همراه با نورون‌های کشت‌شده، می‌تونه در آینده برای توسعه‌ی مدل‌های پیشرفته‌تر استفاده بشه که توانایی تقلید از عملکردهای خاص مغز، مثل تشکیل و یادآوری خاطرات رو دارن.

“`