آریاطب
بزرگترین نقشه مغزیِ پستانداران تاکنون؛ کلیدی برای فهم اینکه چه چیزی ما را انسان میکند.
بزرگترین نقشه مغزیِ پستانداران تاکنون؛ کلیدی برای فهم اینکه چه چیزی ما را انسان میکند.
خلاصه
در یک پیشرفت تاریخی، پژوهشگران دقیقترین و بزرگترین نقشه سهبعدی از مغز یک پستاندار را ارائه کردهاند؛ نقشهای که تنها یک میلیمتر مکعب از قشر بینایی موش را با وضوحی بیسابقه بازسازی میکند. این پروژه که هفت سال زمان برده و ۱۵۰ پژوهشگر را درگیر کرده، امکان مشاهده ارتباطات عصبی، الگوهای فعالیت نورونها و سامانه پیچیده سیناپسها را فراهم میکند. دادههای بهدستآمده میتواند شکاف میان فعالیتهای عصبی و رفتار را پر کند و حتی سرنخهایی درباره شکلگیری ویژگیهای پیچیدهای مانند آگاهی و هوش به دست دهد. پژوهشگران میگویند چنین نقشههایی شاید در نهایت به پاسخ این پرسش کمک کنند که «چه چیزی ما را انسان میکند».
بزرگترین و جامعترین نقشه سهبعدی از مغز یک پستاندار که تاکنون تهیه شده، بینشی بیسابقه درباره چگونگی اتصال و عملکرد نورونها ارائه میدهد.
این نقشه جدید که یک میلیمتر مکعب از قشر بینایی موش را ثبت میکند، به دانشمندان اجازه میدهد عملکرد مغز را با جزئیاتی خارقالعاده بررسی کنند؛ »فعالیت عصبیِ بخشی از قشر بیناییِ یک موش، هنگام تماشای فیلمها ثبت شد« و این کار میتواند بینشهای مهمی درباره این فراهم کند که چگونه فعالیت عصبی رفتار را شکل میدهد، چگونه ویژگیهای پیچیدهای مانند آگاهی پدید میآیند و حتی اینکه انسان بودن چه معنایی دارد.
»رفتارهای ما در نهایت از فعالیت مغز برمیآیند و بافت مغز در همه پستانداران ویژگیهای بسیار مشابهی دارد»، این را فارست کولمن از «مؤسسه علوم مغز آلن» در سیاتل میگوید. «به همین دلیل است که معتقدیم بینشهای بهدستآمده از قشر مغز موش میتواند به انسان تعمیم یابد. »
قلمروی ناشناخته
این دستاورد — چیزی که زیستشناس فرانسیس کريك در سال ۱۹۷۹ آن را «ناممکن» توصیف کرده بود — هفت سال زمان برد تا به سرانجام برسد و ۱۵۰ پژوهشگر از سه مؤسسه در آن مشارکت داشتند.
ماجرا از جایی آغاز شد که تیمی، فعالیت عصبی بخشی از قشر بینایی موش — منطقهای کوچکتر از یک دانه شن — را هنگام تماشای فیلمها و کلیپهای یوتیوب ثبت کردند. پس از آن، تیم دوم همان ناحیه مغزی را تشریح و آن را به لایههایی با ضخامتی برابر با ۱/۴۰۰ عرض یک تار موی انسان تقسیم کرد و از هر برش تصویربرداری کرد.
بهدلیل ظرافت ساختار بافت، فرآیند برش نمیتوانست برای مدت طولانی متوقف شود، بنابراین اعضای تیم شیفتبندی کردند.
«ما ۱۲ روز و ۱۲ شب این مکعب یکمیلیمتری را به نزدیک به ۳۰٬۰۰۰ لایه تقسیم کردیم»، این را نونو دا کوستا از مؤسسه آلن میگوید.
در گام بعد، تیم سوم از هوش مصنوعی (AI) برای ردگیری تمام سلولها و بازسازی هر برش در قالب یک نقشه سهبعدی استفاده کرد.
کولمن میگوید: «این کار مثل این بود که از هوش مصنوعی بخواهیم سختترین کتاب رنگآمیزی جهان را کامل کند. شما ۱۰۰ میلیون تصویر در سه بعد دارید و باید هر سلول با یک مداد رنگی متفاوت رنگ شود. هوش مصنوعی باید تصمیم بگیرد یک سلول کجا شروع میشود و کجا تمام. »
در نهایت، این دادهها با فعالیت عملکردی ثبتشده در آغاز پروژه ترکیب شد تا آنچه موش تماشا میکرد، با فعالیت متناظر در مغز مطابقت داده شود.
نقشهای از پیچیدگی حیرتآور مغز
نتیجه کار، نقشهای بود که پیچیدگی سرسامآور مغز را نشان میداد. با وجود اندازه کوچک بافت، این بخش شامل:
-
بیش از ۲۰۰٬۰۰۰ سلول
-
۴ کیلومتر شاخه عصبی
-
۵۲۳ میلیون سیناپس
بود که سلولها را به یکدیگر متصل میکرد.
این دادهها هماکنون برخی فرضیات درباره چگونگی ارتباط نورونها را به چالش میکشند و نشان میدهند نورونها نهتنها سلولهای نزدیک را هدف قرار میدهند، بلکه فعالانه بهدنبال سلولهایی میگردند که به پردازش همان محرک بصری اختصاص دارند.
پر کردن شکافها
پژوهشگران امیدوارند این نقشه بتواند برخی شکافهای موجود میان فعالیت عصبی و رفتار را پر کند و در نهایت به رمزگشایی ویژگیهای پیچیدهای مانند هوش کمک کند.
«این یک کار پیشگامانه است که برای جامعه علمی بینهایت ارزشمند خواهد بود»، این را ناتالی روشفور از دانشگاه ادینبرو در بریتانیا میگوید.
فارغ از کاربردهای فوری، دا کوستا میگوید شاید حتی بتوان نظریههای مربوط به آگاهی را نیز با استفاده از این دادهها آزمود.
او میگوید: «اگر کسی نظریهای درباره آگاهی دارد، ممکن است بتواند سؤالاتی را بر اساس این دادهها مطرح کند که سپس از نظریه او پشتیبانی کند یا آن را رد کند. »
این پژوهش بر اساس مطالعهای دیگر بنا شده که سال گذشته تمام نورونهای مغز یک مگس بالغ را نقشهبرداری کرده بود — دستاوردی که از نظر روشفور «بهطور واقعی این حوزه را متحول کرده است».
برای مثال، آن نقشه به دانشمندان کمک کرده بهتر درک کنند که چگونه ریتمهای شبانهروزی (circadian rhythms) بر چیزهایی مانند خواب و متابولیسم تأثیر میگذارند.
روشفور میگوید نقشه جدید نیز «بهطرز شگفتانگیزی مفید» خواهد بود؛ زیرا امکان میدهد پژوهشگران میان این نقشه و نقشههای مربوط به گونههای دیگر مقایسه انجام دهند تا بررسی کنند کدام سلولها، اصول سیمکشی عصبی و ویژگیهای عملکردی در یک گونه خاص منحصر به فرد هستند و کدامها میان چندین گونه مشترکاند — و در نهایت «به روشن شدن اینکه چه چیزی ما را انسان میکند» کمک کند.
این پروژه در قالب مجموعهای از هشت مقاله در ژورنالهای Nature منتشر شده است.
یوتیوب مصرفی