هنگامی که دانشمندان برای اولین بار به بافت مغز زیر میکروسکوپ نگاه کردند، آشفتگی غیرقابل نفوذ و درهم ریختهای را دیدند. سانتیاگو رامون کاخال، پدر علوم اعصاب مدرن، این تجربه را به قدم زدن در جنگلی با صد میلیارد درخت تشبیه میکند، هر روز به تکههای مبهم تعدادی از آن درختها که با یکدیگر در هم پیچیده شدهاند نگاه میکنند، و پس از چند سال به گفته نویسندگان کتاب «مغز زیبا»، کتابی درباره آثار کاخال، این کتاب تلاش برای نوشتن یک راهنمای میدانی مصور برای این جنگل است.
امروزه دانشمندان اولین پیش نویس این راهنما را دارند. در مجموعهای از 21 مقاله جدید منتشر شده در سه مجله، تیمها گزارش دادند که اطلسهای سلولی کل مغز در مقیاس بزرگ را برای انسانها و نخستیهای غیرانسان ساختهاند. این کار، بخشی از ابتکار موسسات ملی سلامت مغز، اوج پنج سال تحقیق است. اد لین، عصب شناس در موسسه آلن برای علوم مغز و یکی از نویسندگان اصلی میگوید: «این کتاب فقط یک اطلس نیست. بلکه یک میدان کاملاً جدید را باز میکند، جایی که اکنون میتوانید با وضوح سلولی بسیار بالا در مغز، گونههایی که معمولاً در گذشته این امکان وجود نداشت را ببینید.»
اطلس مغز چیست و چه چیزی این اطلس را متفاوت میکند؟
اطلس مغز یک نقشه سه بعدی از مغز است. برخی از اطلسهای مغزی در حال حاضر وجود دارند، اما این مجموعه مقالات جدید وضوح بیسابقهای از کل مغز را برای انسانها و نخستیهای غیرانسان ارائه میکند. اطلس مغز انسان شامل مکان و عملکرد بیش از 3000 نوع سلول در افراد بالغ و در حال رشد است. لین میگوید: «این اطلس کاملاً کاملترین توصیف از مغز انسان در این نوع سطح و اولین توصیف در بسیاری از مناطق مغز است. اما هنوز هم پیش نویس اولیه است.»
این کار بخشی از شبکه سرشماری سلولی، ابتکار مغز است که در سال 2017 با هدف تولید یک اطلس سلول مغز مرجع سه بعدی جامع برای موشها آغاز شد (این پروژه هنوز در حال انجام است). نتایج گزارش شده در 12 اکتبر بخشی از مجموعه مطالعات آزمایشی برای تأیید اینکه آیا روشهای مورد استفاده در موشها برای مغزهای بزرگتر هم کار میکند یا خیر.
اسپویلر: «آن روش ها جواب دادند و واقعاً کاربردی هستند.»
این مطالعات اولیه چه چیزی را نشان داد؟
مغز انسان واقعاً پیچیده و شوکه کننده است. تا کنون، تیم ها بیش از 3300 نوع سلول را شناسایی کرده اند. و از آنجایی که وضوح تصویر بالاتر می رود (این چیزی است که آنها اکنون روی آن کار می کنند)، به احتمال زیاد موارد بیشتری را کشف خواهند کرد. تلاش برای توسعه اطلس مغز موش، که در ادامه وجود دارد. 5000 نوع سلول را شناسایی کرده اند. اما در این پیچیدگیها برخی از مشترکات وجود دارد. به عنوان مثال، بسیاری از مناطق، انواع سلولهای مشترک را با نسبتهای مختلف دارا هستند. و محل این پیچیدگیها تعجب آور است. علوم اعصاب بیشتر تحقیقات خود را بر روی پوسته بیرونی مغز متمرکز کرده است که مسئول حافظه، یادگیری، زبان و… است. لین می گوید، اکثریت تنوع سلولی در واقع در ساختارهای تکاملی قدیمی تر در اعماق مغز است.
چگونگی ساخت اطلس مغز
رویکرد عصبشناسی کلاسیک برای طبقهبندی انواع سلولها به شکل سلولی متکی است، آستروسیتهای ستارهای شکل را متصور شوید. یا نوع فعالیت سلولها، مانند نورونهای داخلی سریع را درنظر بگیرید: «این اطلسهای سلولی از مجموعهای از فناوریهای جدید بهره میبرند.» لین می گوید، در درجه اول تکنیکی است که به عنوان توالی یابی تک سلولی شناخته میشود.
ابتدا، محققان با یک قطعه کوچک از بافت مغز منجمد از یک بانک زیستی شروع کردند. لین میگوید: «شما یک دستمال کاغذی میگیرید، آن را خرد میکنید، سلولهای زیادی را پروفایل میکنید تا سعی کنید آن را معنا کنید. آنها با توالیبندی هستههای سلولها برای مشاهده ژنهایی که بیان میشوند، معنا پیدا میکنند.»
لین میگوید: «هر نوع سلول دارای مجموعهای منسجم از ژنها است که معمولاً از آنها استفاده میکنند. و شما میتوانید تمام این ژنها را اندازهگیری کرده و سپس همه انواع سلولها را بر اساس الگوی بیان ژن کلیشان دسته بندی کنید». سپس، با استفاده از دادههای تصویربرداری از مغز اهداکننده، میتوانند این اطلاعات عملکردی را در جایی که به آن تعلق دارد قرار دهند.
چگونه دانشمندان میتوانند از این اطلس سلولهای مغزی استفاده کنند؟
راه های زیادی وجود دارد اما یکی از کاربردهای مهم آن، کمک به درک اساس بیماریهای مغزی است. لین میگوید که اطلس مغز انسان مرجعی است که یک مغز عادی یا عصبی را توصیف میکند و میتواند به محققان در درک افسردگی یا اسکیزوفرنی یا بسیاری از انواع دیگر بیماریها کمک کند. آلزایمر را به عنوان مثال در نظر بگیرید. میتوانید همین روشها را برای توصیف مغز افراد با سطوح مختلف شدت آلزایمر به کار ببرید و سپس آن نقشههای مغز را با اطلس مرجع مقایسه کنید.
لین میگوید: « اکنون میتوانید سؤالاتی مانند این که آیا انواع خاصی از سلولها در بیماری آسیبپذیر هستند یا سلولهای خاصی عامل هستند را از آن بپرسید». (او بخشی از تیمی است که در حال حاضر روی این موضوع کار میکند.)
مرحله بعدی
وضوح بهتر. مرحله بعدی واقعاً در حال حرکت به سمت پوشش بسیار جامع مغز نخستیهای انسان و غیرانسان در بزرگسالان و رشد آنها است. در واقع، این کار قبلاً با شبکه اطلس سلولی ابتکار مغز، یک پروژه پنج ساله و 500 میلیون دلاری آغاز شده است. هدف آن نیز تولید یک اطلس مرجع کامل از انواع سلول در مغز انسان در طول عمر و همچنین ترسیم تعاملات سلولی است که زمینه طیف گسترده ای از اختلالات مغزی را فراهم میکند. این سطحی از جزئیات است که رامون کاخال نمی توانست تصورش را بکند. چیز دیگری که ویرایش ژن به جوجهها کمک کرد تا در برابر آنفولانزای پرندگان مقاومت کنند. عبداللهی ثانی می نویسد: «ممکن است چندین دهه طول بکشد تا مراحل فنی و نظارتی لازم انجام شود، اما محققان می گویند که ویرایش ژن CRISPR در نهایت میتواند جان جوجههای بی شماری را نجات داده و پرورش حیوانات را متحول کند.
برای مطالعهی مطالب علمی، پژوهشی بیشتر میتوانید مجلهی نمابازار را دنبال کنید.
نظرات کاربران