واقعیتهایی درباره مغز

26 December 2023 03:37

فرگشت مغز : کمی بیش از ۱۰۰ ژن باعث ایجاد مغز منحصر
بفرد انسان می‌شود

#Brainevolution

دانشمندان نوروساینس بر این باورند که برتری توانایی‌های شناختی انسان در مقایسه با خانواده میمون‌ها (Apes) به علت گستردگی قشر مغز و تنوع بیشتر سلول‌های مغز در انسان است. اما هنوز اساس مولکولی این اختلاف کاملا شناخته نشده است. ساختار پروتئین‌ها در مغر انسان و پریماتهای غیر انسان
، تغییر بسیار اندکی را نشان داده و به همین جهت این تفاوت نیروی شناختی باید در اثر تغییرات تنظیم‌ بروز ژن‌ها gene expression باشد. تجزیه و تحلیل بروز ژن‌ها و مقایسه آن بین انسان و پریمات‌های غیر انسان می‌تواند اساس برتری شناختی انسان را مشخص نموده و به این سوال نیز پاسخ دهد که آیا اختلالات تنظیم این ژن‌ها در ایجاد بیماری‌های عصبی-روانی تاثیری دارد یا خیر.
اخیرا یک گروه بین‌المللی پژوهشگران به رهبری جسی گیلیز از بخش فیزیولوژی دانشگاه تورنتو کانادا، با استفاده از تکنیک ثبت بروز ژنتیکی gene expression ، در شکنج میانی لوب گیجگاهی temporal lobe، در پنج گونه پریمات (انسان، شامپانزه، گوریل، میمون ماکاک و میمون مارموست) اختلافات بروز ژنتیکی بین تک تک سلول‌های مغزی را بررسی نمودند.
این گروه در ابتدا ۵۷ منطقه مشابه از نظر سلولی را در لوب میانی گیجگاهی تعیین نمودند و‌سپس بروز ژنتیکی ده هزار سلول در هر منطقه و همچنین ژن‌هایی که به طور همگام در این مناطق بروز می‌نمایند را در هر پنج گونه بررسی کردند. نتایج این پژوهش در سپتامبر ۲۰۲۳ در مجله Nature ecology
& evolution منتشر شد.
این پژوهشگران دریافتند که اگر چه اکثر ژن‌ها در همه این پریمات‌ها همانند یکدیگر بروز می‌کنند ولی ۲۴ درسد ژن‌ها بین انسان و پریمات‌های غیر انسان تفاوت بروز دارند (۳۳۸۳ ژن از مجموع ۱۴۱۳۱ ژن).
سوال بعدی که این پژوهشگران باید پاسخ می‌دادند این بود که آیا همه این ژن‌ها اهمیت کاربردری در فرگشت مغز انسان داشته‌اند.
در مرحله دوم پژوهش، توانایی‌های ایجاد شبکه‌های عصبی موثر و کاربردی توسط این ژن‌ها بررسی شد. در ۱۹ حیوان از این ۵ گونه پریمات‌ها (انسان و غیر انسان) بروز ژن‌ها و همچنین همگامی ژن‌ها برای ایجاد شبکه‌های عصبی موثر و کاربردی، بررسی شد. در نهایت مشخص گردید که فقط ۱۳۹ ژن از ۳۳۸۳ ژن متفاوت (کمتر از یک درسد ژن‌ها‌ی متفاوت) قادر به ایجاد شبکه‌های عصبی موثر و کاربردی در انسان در مقایسه با بقیه پریماتها هستند. این ۱۳۹ ژن اختصاصی در انسان (مانند NHEJ1، GTF2H2، C2 و BBS5) معمولا در شرایطی که relaxed selective constraints نامیده می‌شود، فرگشت می‌یابند. این نوع فرگشت ژنتیکی اگر چه نقش اساسی در بقای گونه ندارد ولی نقش بزرگی در تطابق گونه با محیط ایفا می‌کند و می‌تواند فرگشت سریع مغز انسان را توجیه کند.
در این پژوهش ۵۷۰ هزار سلول در لوب میانی گیجگاهی ۵ گونه از پریمات‌‌ها بررسی شده و این روش جدید راه را برای بررسی وسیع‌تر مغز فراهم نموده. با پژوهش‌هایی که در آینده انجام خواهد شد نقش این ژن‌ها در ایجاد بیمار‌های مغزی نیز مشخص خواهد شد.
پایان

واقعیتهایی درباره مغز

02 December 2023 07:08

تطابق و انعطاف پذیری (پلاستیستی) در مغز.
قدرتی محدود یا نامحدود!

#brainplasticity
#brainadaptibility
مغز انسان توانایی تطابق و تغییر دارد، که اینرا به نام «نوروپلاستیسیتی» می‌شناسیم. ایده تطابق در مغز سالهاست که توجه دانشمندان و مردم را به خود جلب کرده. این ایده هیجان و امید در مردم ایجاد می‌کند. مثلا هنگامیکه می‌شنویم یک فرد نابینا بر اساس درک صدا می‌تواند مسیر خود را در یک اتاق شلوغ پیدا کند و یا فردی که دچار سکته مغزی شده، دوباره قادر به حرکت دادن اندامهای خود هست، اینها داستانهای امیدوار کننده‌ای هستند.
در چند دهه اخیر بسیاری از پژوهشگران اعتقاد داشتند که بیماریهای سیستم عصبی مثل نابینایی، ناشنوایی، قطع اندامها، و یا سکته‌های مغزی منجر به تغییرات بارز در مغز می‌شوند. این ایده تصویری را به ما می‌داد که مغز کاملا قابل تطابق بوده و وسیعا خود را دوباره سازی کرده و جبران نقائص را می‌کند. بعضی از پژوهشگران این ایده را مطرح کردند که هنگامیکه مغز دچار صدمه می‌شود، ناگهان پتانسیل‌های پنهان خود را آشکار کرده و با سیم کشی‌های جدید باعث ایجاد قابلیت‌های جدید می‌شود. این ایده حتی منجر به این فرضیه غلط شده که ما فقط از ۱۰ درسد از ظرفیت‌های مغز خود استفاده می‌کنیم و بقیه مغز به صورت ذخیره برای مواقع نیاز باقی می‌ماند!!

اخیرا دو پژوهشگر از دانشگاه کمبریج انگلستان و دانشگاه جانز‌هاپکینز آمریکا در یک پژوهش وسیع قابلیت‌های مغز را برای تطابق و تغییر راست آزمایی نمودند. نتیجه این پژوهش‌ها در مجله eLife در نوامبر ۲۰۲۳ منتشر شد. این پژوهشگران تمام پژوهش‌های گذشته را که در مورد نوروپلاستیسیتی و باز سامانی reorganization قشر مغز بود بازنگری کردند و ایده های جدیدی مطرح کردند که تئوری‌های شایع قدیمی در مورد تطابق‌پذیری مغز را به چالش می‌کشد.

به نظر این پژوهشگران ریشه تئوری‌های شایع قدیمی از پژوهش‌های یک عصب‌پژوه به نام «مایکل مرزنیش »منشا میگیرد. قبل از او دو عصب پژوه معروف دیوید هابل و تورستن ویزل با پژوهش‌هایی که بر روی سیستم عصبی بینایی بچه گربه‌ها نمودند به گرفتن جایزه نوبل پزشکی نائل آمدند. این دو نفر با بستن پلک‌های یک چشم بچه گربه ها متوجه شدند که نورون‌های قشر بینایی که به طور معمول به آن چشم قبل از بسته شدن پاسخ می‌داد بعد از بستن پلک‌ها شروع به پاسخ به چشم باز طرف مقابل نمود. این تغییر واکنش به چشم غالب باز، به علت قابلیت مغز برای بازسامانی reorganization در نتیجه تغییرات ورودی‌های حسی بود که فقط در اوائل عمر بچه گربه‌ها مشاهده شد. هابل و ویزل همین پژوهش را در گربه‌های بالغ هم انجام دادند اما بازسامانی reorganization را مشاهده نکردند. آنها نتیجه گرفتند که مغز بالغین قابلیت تطابق (پلاستیسیتی) بسیار کمتری دارد.
اما پژوهش‌های مایکل مرزنیش نشان داد که حتی مغز حیوانات بالغ هم قابلیت تطابق دارد. او با قطع چند انگشت میمون‌های بالغ مشاهده کرد که مناطقی از مغز که فقط برای حس انگشتان قبل از قطع شدن فعالیت می‌کردند، بعد از قطع انگشتان به حس‌های ورودی از انگشتان سالم هم پاسخ می‌دهند. او نتیجه گرفت که مغز میمون بالغ قادر به سیم کشی مجدد در ساختار خود است و مغز قابلیت فراوانی برای بهبود کامل دارد.
پژوهش‌های از این نوع ایده‌ای را مطرح نمود که مغز قادر به «بازسازی نقشه خود remapping» است و مثلا قسمت‌هایی از مغز که مربوط به چشم و انگشت است در صورت نابینایی و یا قطع عضو می‌تواند کاملا خود را در خدمت حس‌های دیگر مثل شنوایی، لامسه و یا بویایی درآورد. در حقیقت ایده ساده پلاستیسیتی که یک ناحیه مغز مربوط به بینایی که در کودکی می‌تواند فقط به بینایی چشم مقابل واکنش نشان دهد، به یک ایده وسیع‌تر که هر قسمت مغز می‌تواند خود را برای حس دیگری بازسامانی کند، تعمیم یافت. پژوهشی که در نوامبر ۲۰۲۳ چاپ شد، این تعمیم پلاستیسیتی را کاملا به چالش کشیده‌ است.
تامار مکین از دانشگاه کمبریج و جان کراکائور از دانشگاه جانز هاپکینز ده مورد از پژوهش‌هایی را که در مورد پلاستیسیتی مغز صورت گرفته بود انتخاب کرده و مورد بازبینی قرار دادند. این پژوهشگران نتیجه گرفتند آنچه که قبلا به عنوان بازتوانی موفق مشاهده شده بود و تصور می‌شد که به علت فعال شدن قسمت‌هایی از مغز است که قبلا به آن ارگان‌های حسی ارتباطی نداشتند، کاملا اشتباه است. در حقیقت این بازتوانی‌های موفق در نتیجه فعال شده قسمت‌های از مغز است که کاملا مربوط به آن ارگان‌های حسی بوده و از زمان تولد حضور داشتند ولی کاملا فعال نبودند. درک این اختلاف بسیار مهم است. یافته‌های جدید نشان می‌دهند که تطابق مغز مربوط به فعال شدن قسمت‌هایی از مغز که کاملا به آن ارگان حسی ربطی ندارند، نیست.

واقعیتهایی درباره مغز

02 December 2023 07:08

مثلا در پژوهشی که توسط مایکل مرزنیش در مورد انگشتان قطع شده انجام شده بود، فعال شدن مناطق انگشتان مجاور در مغز به علت سیم پیچی جدید نیست، بلکه این قابلیت برای انگشتان در مناطق مجاور به طور نامحسوس از زمان تولد وجود داشته و بعد از قطع بعضی انگشتان آسانتر فعالیت آنها ثبت می‌شود. تامار مکین و جان کراکائور همچنین دریافتند که قشر بینایی افرادی که نابینا متولد می‌شوند و یا افرادی که دچار سکته مغزی می‌شوند، در مناطق سالم مغز هیچ نوع ارتباط جدیدی به جز همان ارتباطاتی که از زمان تولد وجود داشته به وجود نمی‌آید.
یافته‌های این پژوهشگران نشان می‌دهد که آنچه که به عنوان قابلیت مغز برای سازماندهی وسیع از طریق سیم‌کشی‌های جدید می‌پنداریم، در حقیقت فعال‌سازی و کاربرد بهینه همان ارتباطاتی است که از زمان تولد داشته‌ایم. اصولا مغز قادر به دادن یک عملکرد به قسمت‌های غیر مربوط به آن عملکرد ( مثلا دادن حس بینایی به قسمت‌های شنوایی مغز) نیست و فقط می‌تواند از ارتباطاتی که از ابتدا وجود داشته به بهترین وجه استفاده کند. در حالیکه پدیده پلاستیستی یک پدیده قوی در مغز است ولی فقط محدود به توانایی‌هایی می‌شود که از ابتدا وجود داشته ولی استفاده موثر از آن نشده است.
حال سوال این است که چطور یک فرد نابینا می‌تواند در یک اطاق شلوغ مسیر خود را فقط با صدا دریابد. پاسخ این است که این قابلیت به علت سازماندهی و سیم کشی جدید در مغز نیست بلکه به علت آموزش و یادگیری است. برای این فرد نابینا برای اینکه با صدا مسیر خود را بیابد آموزش‌های سخت و مکرر لازم است. این یادگیری همچنان قدرت مغز را نشان می‌دهد اما پدیده ای آهسته و مسیری سخت است که نیاز به سعی فراوانی دارد. این مسیر به ایجاد راههای جدید در مغز منجر نمی‌شود بلکه ارتباطاتی که از ابتدا در مغز داشته‌‌ایم و غیر فعال بودند، فعالتر می‌کند.
آگاهی از سازوکار دقیق پلاستیسیتی و درک محدودیت‌های آن هم برای بیماران و هم برای متخصصان بازتوانی اهمیت دارد. بیماران باید بدانند که اگر چه مغز قابلیت بزرگی برای یادگیری دارد، پدیده تطابق‌پذیری و یا پلاستیسیتی محدودیت دارد و نباید امید به بهبودی‌های معجزه آسا بعد از صدمات مغزی داشت. پزشکان و متخصصان بازتوانی هم باید بدانند که مسیر تطابق پذیری مغز یک معجزه نیست بلکه یک مسیر طولانی و آهسته است که نیاز به فداکاری و انعطاف‌پذیری دارد.

برگرفته از تارنمای ساینتیفیک آمریکن نوامبر ۲۰۲۳