ریز مغزهای عجیب، نگرشی تازه به مغز ارائه می دهند

ریز مغزهای عجیب، نگرشی تازه به مغز ارائه می دهند

0

توپ های مغزی که شبیه پدیده های فیلم های Tim Burton هستند، در ابتدا به صورت سلول های بنیادی از بیماران جمع شده و در نهایت به صورت توده هایی از نورون های زنده (سلول های عصبی) رشد می یابند که کنار هم در حباب هایی ترکیب شده اند.

این نورون ها درست مثل مغز در حال رشد، منبسط شده و رشد می کنند و به شاخه های پوستی می رسند که شاخه های دیگر را می گیرند و سیناپس ها را شکل می دهند (اتصالاتی که نورون ها توسط آن با نورون بعدی صحبت می کنند).

تلاش های قبلی در راستای رشد این «ارگانویدهای مغزی» منجر به این نتیجه شده اند که نورون ها با فعالیت الکتریکی جرقه می زنند، درست مثل شبکه های نورونی درون مغز ما که نتیجه‌ی آن قدرت تفکر و خاطرات مختلف است.

نورون ها ترسناک و درعین حال شگفت انگیز هستن و ممکن است که بهترین شانس دانشمندان علوم اعصاب برای مدل سازی اختلالات تکاملی باشند، مثل مدل کردن اوتیسم درون یک ظرف.

هفته گذشته، دو مطالعه در ژورنال معتبر Nature منتشر شدند که توپ های مغزی را به صورت یک مدل تقلیل یافته برای مغزهایی که دچار اختلال شده اند استدلال کرده اند. دانشمندان در یک مطالعه از بیماران دارای سندرم تیموتی (اختلال ویرانگر رشد عصبی که غالبا منجر به مرگ در دوران کودکی می شود) سلول های پوستی گرفتند و آن ها را به صورت توپ های مغزی پرورش دادند تا بررسی کنند که رشد مغز کجا و چگونه از مسیر خارج شده است.

در یک مقاله جداگانه، محققین از تکنولوژی های نوین برای توصیف اورگان های داخل توپ های مغزی که در طول هشت ماه در یک ظرف رشد کردند، استفاده کردند. یک موضوع ترسناک در این بین وجود دارد: بعضی از حباب ها حاوی نورون های شبکیه ای بودند که به طور معمول به ما اجازه دیدن می دهد. تصور توپ های مغزی با چشم می تواند عجیب و ترسناک باشد.

این واقعیت که توپ های مغزی می توانند گونه های متنوعی از نورون ها را با سیناپس های متراکم بسته بندی شده رشد دهند، همان قدر که عجیب و غریب به نظر می رسد، امیدوار کننده نیز است. توپ های مغزی چون از سلول های انسان ساخته شده اند، ممکن است در نهایت بتوانند بیماری هایی مانند اسکیزوفرنی، اوتیسم یا آلزایمر را بهتر از مدل های موش تقلید کنند و نقایص و عیوب را آشکار ساخته و زمینه های آزمایشی گسترده ای برای درمان ارائه دهند.

دکتر Sergiu Pasca در Stanford رهبر تحقیق سندرم تیموتی می گوید:

«ما هیچ وقت قادر نبودیم که خلاصه رویدادهای رشد مغز انسان را درون یک ظرف تکرار کنیم. اما روش ما اجازه می دهد که تمام فیلم را ببینیم، نه فقط چند عکس محدود را.»

 

رشـد مـغـز درون یـک ظـرف

توپ های مغزی که با نام علمی «ارگانویدهای مغزی» شناخته می شوند، اولین بار در سال ۲۰۱۳ وارد صحنه تکامل عصبی شدند.

این توپی ها معمولا زندگی کوتاهشان را به شکل سلول های معمولی پوست شروع می کنند. دانشمندان اول آن ها را به سلول های بنیادی تبدیل می کنند. سپس، با استفاده از یک ترکیب شیمیایی از مواد مغذی و مولکول های سیگنالی، سلول های بنیادی به سوی سوار شدن خود به خود درون حباب های فرانکشتاین کوچک بافت مغز هدایت می شوند.

اما این فرآیند، انفجار تصادفی تقسیم و رشد نیست. بلکه، شیوه رشد توپ های مغزی تقریبا مشابه با رشد قشر مغز یک جنین در رحم است، لبه های بیرونی به داخل حلقه زده و لایه های بیرونی و عمیق تر را تشکیل می دهند.

چیزی که علاقه دانشمندان را برانگیخت این بود که تقریبا ۹۰ درصد نورون ها داخل یک توپ مغزی سیناپس های فعال داشتند و اغلب خود به خود پالس های الکتریکی را به دیگران درون شبکه شان شلیک می کردند. با این که دانشمندان باور دارند که توپ های مغزی قادر به فکر کردن نیستند (فرآیندهای شناختی سطح بالایی که دائما درون مغز ما در جریانند)، اما قطعا در حال انجام فرایندی هستند.

 

بـارداری تـوپ مـغـزی

دکتر Paola Arlotta و تیمش در دانشگاه Harvard برای یافتن برخی پاسخ ها، تعدادی از توپ های مغزی را به مدت ۹ ماه و طی فرایند بلوغشان بررسی کردند. با مدت زمانی تقریبا برابر با زمان بارداری انسان و با تلاشی بیشتر از قبل.

محققین بیش از ۸۰.۰۰۰ توپ مغزی را به صورت دوره ای برداشت کردند و آزمایش های پیچیده ژنتیکی ای را انجام دادند تا مشخصات ژنتیکی آن ها را کشف کنند. همانند مجریان قانون که با استفاده از DNA هویت یک مجرم را تطابق می دهند، این به محققین امکان داد تا زیست کنندگان درون ارگانویدها را توصیف کنند.

همانطور که انتظار میرفت، نورون های تحریکی و سلول های غیر نورونی به نام گلیال، هر دو در این فرایند حاضر بودند. اما نورون های مهار‌کننده ای که فعالیت شبکه را تعدیل می کردند و سلول هایی که معمولا جسم پینه‌ای (بزرگراهی که دو نیمکره مغزی را متصل می سازد) را شکل می دهند، بسیار شگفت انگیز تر بودند.

ترسناک تر از همه این بود که تمام گونه های سلول های شبکیه ای نیز موجود بودند و با اینکه نمی توانستند ببینند، اما وقتی زیر نور قرار می گرفتند سیگنال های الکتریکی ارسال می کردند.

درست مثل یک مغز در حال تکامل، توپ های مغزی هرچه پیرتر شدند، پیچیده تر شدند و در سن هشت ماهگی، تقریبا دارای تراکم سیناپسی مشابهی با قشر یک جنین انسان بودند.

Arlotta می گوید:

«سلول ها با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و مدارها را شکل می دهند و وقتی که به هم متصل شدند، می توانند فعالیت خود را همگام سازی کرده و به صورت بالقوه عملکردهای پیچیده‌تر مغز انسان را تقلید کنند.»

این یافته بسیار امیدبخش است، زیرا به این معناست که ریز مغزها می توانند برای مطالعه چگونگی ارتباط گونه های مختلف نورون ها با یکدیگر و اینکه اختلال در فرآیند باعث چه مشکلات تکاملی می شود، مورد استفاده قرار گیرند.

 

آمـیـخـتـه شـدن تـوپ هـای مـغـزی

مسیر مطالعه دوم به این ترتیب بود که به جای اینکه اجازه دهند ریز مغزها به روشی وحشی رشد کنند، Pasca و تیمش در Stanford پروتکل را بهینه سازی کردند تا آن ها را مجبور به داشتن هویت های مختلف کند.

وقتی که مغز یک جنین رشد می کند، به تدریج به یک لایه بیرونی پر از نورون های تحریکی و یک حریم داخلی که نورون های مهاری در آن مستقر می شوند تقسیم بندی می شود. بخش بزرگی از سیم کشی مغز حرکت نورون های مهاری به سمت بیرون و اتصال با شرکای مربوطه است.

دانشمندان از سلول های پوستی جمع شده از بیماران مبتلا به تیموتی شروع کرده و ترکیب های متمایز شیمیایی را برای تشکیل دو دسته از توپ های مغزی استفاده کردند، هر کدام تقریبا ۱.۱۶ اینچ عرض داشت و از یک میلیون سلول تشکیل شده بود. یک دسته بیشتر شامل نورون های مهار کننده از مناطق عمیق تر مغز و دیگری مدل قشر بود.

دکتر J. Gray Camp و دکتر Barbara Treutlein در موسسه Max Planck در آلمان که در این مطالعات نقشی نداشتند می گویند:

«سلول های کروی به طور چشمگیری شبیه سلول هایی از مناطقی متناظر در مغز جنین انسان هستند.»

در ادامه این تیم دو نوع حباب مغزی را در یک ظرف در کنار هم چسباند، و همان طور که انتظار می رفت، توپ مهارکننده شروع به حرکت آهسته به داخل توپ قشری کرد تا جایی که هر دو با یکدیگر آمیخته شدند.

آن طور که معلوم شد، این حرکت نورون های مهاری در بیماران مبتلا به تیموتی ناقص بود و به جای اینکه مسیرشان به داخل شبکه شرکای تحریکی را به آرامی پیش بروند، دچار لکنت و متوقف شدند اما در نهایت برای جبران نقصشان، خیلی بیشتر از آنچه که قرار بود بروند، پیش رفتند.

به نظر می آمد که مشکل، خود نورون های معیوب باشند، نه سیگنال های معیوب از محیط. وقتی محققین یک توپ مهاری تیموتی را با یک توپ تحریکی سالم آمیختند، بازهم بدون سر یا دم خرابکاری کردند.

اما با تعجب، وقتی که توسط یک ماده شیمیایی که معمولا برای فشار خون بالا استفاده می شود تحت درمان قرار گرفتند، توپ های تیموتی آرام شدند و به شکل عادی برگشتند.

Pasca می گوید:

«کروی ها در حال باز کردن دریچه های جدیدی هستند که از طریق آن ها می توانیم تکامل عادی مغز جنین انسان را ببینیم. از همه مهمتر به ما کمک خواهند کرد تا انحرافاتی که ممکن است در اثر بیماری های مختلف در روند تکامل مغز ایجاد شوند، را درک کنیم.»

با وجود اینکه دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که این روش بتواند به نوزادان دارای تیموتی بعد از تولدشان (وقتی که سیم کشی اولیه مغزشان قبلا ایجاد شده است) کمک کند، اما Pasca امیدوار است که بتوان با بهره گیری از این پیشرفت در آینده مهاجرت اشتباه را اصلاح کرد.

با وجود همه این گفته ها، توپ های مغزی یک مدل بسیار تقلیل یافته از مغز انسان هستند. با اینکه سخت است بگوییم که آیا ریشه بیماری تیموتی، مهاجرت معیوب نورون مهاری است یا نه، اما این نقطه، شروع خوبی برای پیدا کردن پاسخ هاست.

Pasca با امید به ایجاد مخزنی بزرگ که از بیماران زیادی برداشت شده باشد، در حال تلاش برای سرعت دادن به فرآیند رشد کروی ها است؛ تا بتواند داروهایی که آن ها را به سمت مسیر تکامل عادی هدایت می کنند کشف کند.

Camp و Treutlein هشدار داده اند که این مطالعات جدید نشان می دهند که توپ های مغزی به دست آمده از بیمار یا بیمارانی با بیماری مشابه می توانند ژن‌های بسیار متفاوتی را نشان دهند. این مشکل احتمالا در مشکلات مربوط به تکامل عصبی مانند اوتیسم که در آن علت بیماری بسیار ناهمگون‌تر است، جدی‌تر است.

اما این حقیقت که ارگانویدهای مغزی در چند عملکرد اساسی مانند مغز رفتار می کنند (ایجاد ارتباطات، شلیک خود به خود، پاسخگو به نشانه های خارجی)، آنقدر امید بخش است که جرقه بحث های اخلاقی شدیدی را زده است.

  • آیا این عناصر در نهایت می توانند ببینند یا فکر کنند؟
  • ممکن است دارای احساس شوند؟
  • و آیا هوشیاری بدون اینکه ما آن را تشخیص دهیم خود به خود پدیدار خواهد شد؟

Camp و Treutlein می گویند:

«در حال حاضر، ریز مغزها برای این که به سطوح فکری پیچیده تری دست یابند خیلی کوچک هستند. فقط زمان مشخص می کند که این ریزمغزها در نهایت تبدیل به چه چیزی خواهند شد و چقدر اطلاعات می توانند ارائه دهند.»

ممکن است شما دوست داشته باشید بیشتر از نویسنده

دیدگاه بگذارید

اولین کسی باشید که یک دیدگاه ارسال میکند.

Notify of
avatar
wpDiscuz