آریاطب
بزرگترین نقشه مغزیِ پستانداران تاکنون؛ کلیدی برای فهم اینکه چه چیزی ما را انسان میکند.
خلاصه
پژوهشگران اخیراً موفق به ایجاد دقیقترین و بزرگترین نقشه سهبعدی از مغز یک پستاندار شدهاند؛ نقشهای که تنها یک میلیمتر مکعب از قشر بینایی موش را با وضوح بیسابقه بازسازی میکند. این پروژه که هفت سال به طول انجامیده و بیش از ۱۵۰ پژوهشگر را درگیر کرده است، امکان بررسی ارتباطات عصبی، الگوهای فعالیت نورونها و شبکه پیچیده سیناپسها را فراهم میآورد. دادههای حاصل میتوانند شکاف میان فعالیت عصبی و رفتار را پر کنند و حتی سرنخهایی درباره شکلگیری ویژگیهای پیچیدهای مانند هوش و آگاهی ارائه دهند. پژوهشگران معتقدند چنین نقشههایی میتوانند در نهایت به پاسخ پرسش بنیادین «چه چیزی ما را انسان میکند» کمک کنند.
نقشهای بیسابقه از مغز پستانداران
جدیدترین نقشه سهبعدی مغز، جامعترین تصویر از چگونگی اتصال و عملکرد نورونها در پستانداران را ارائه میدهد. این نقشه که تنها یک میلیمتر مکعب از قشر بینایی موش را پوشش میدهد، به دانشمندان اجازه میدهد فعالیت عصبی را با دقتی خارقالعاده مطالعه کنند. به گفته فارست کولمن از «مؤسسه علوم مغز آلن» در سیاتل، «رفتارهای ما در نهایت از فعالیت مغز نشأت میگیرند و بافت مغز در میان پستانداران شباهتهای بنیادی دارد؛ بنابراین بینشهای بهدستآمده از قشر مغز موش میتواند به انسان تعمیم یابد.»
پیمایش قلمروی ناشناخته
این پروژه، که زیستشناس برجسته فرانسیس کریک در سال ۱۹۷۹ آن را «ناممکن» توصیف کرده بود، هفت سال به طول انجامید و شامل مشارکت ۱۵۰ پژوهشگر از سه مؤسسه مختلف بود. فرآیند کار با ثبت فعالیت عصبی بخشی از قشر بینایی موش آغاز شد؛ منطقهای کوچکتر از یک دانه شن که فعالیت آن هنگام تماشای فیلمها و ویدئوهای کوتاه ضبط شد. سپس همان ناحیه مغزی به لایههایی با ضخامت برابر با یک چهارصدم عرض یک تار موی انسان تقسیم شد و هر برش با دقت تصویربرداری شد.
نونو دا کوستا از مؤسسه آلن توضیح میدهد: «ما ۱۲ روز و ۱۲ شب این مکعب یکمیلیمتری را به نزدیک به ۳۰٬۰۰۰ لایه تقسیم کردیم.» در مرحله بعد، تیم دیگری با بهرهگیری از هوش مصنوعی، تمام سلولها را شناسایی و هر برش را در قالب یک نقشه سهبعدی بازسازی کرد. کولمن میگوید: «این کار شبیه درخواست از هوش مصنوعی برای کامل کردن دشوارترین کتاب رنگآمیزی جهان بود؛ ۱۰۰ میلیون تصویر در سه بعد، و هر سلول باید با رنگی متفاوت شناسایی میشد.»
در نهایت، این دادهها با فعالیت عملکردی ثبتشده در آغاز پروژه ترکیب شد تا آنچه موش مشاهده میکرد، با فعالیت عصبی متناظر مطابقت داده شود.
نقشهای از پیچیدگی حیرتآور مغز
نتیجه این پروژه، نقشهای بود که پیچیدگی شگفتانگیز مغز را نشان میدهد. حتی در این بافت کوچک، بیش از ۲۰۰٬۰۰۰ سلول، ۴ کیلومتر شاخه عصبی و ۵۲۳ میلیون سیناپس وجود داشت که شبکهای گسترده میان نورونها ایجاد میکرد. این دادهها برخی از فرضیات موجود درباره چگونگی اتصال نورونها را به چالش میکشند و نشان میدهند نورونها نه تنها سلولهای نزدیک را هدف قرار میدهند، بلکه فعالانه به دنبال سلولهایی میگردند که پردازش محرکهای بصری مشابه را انجام میدهند.
پر کردن شکافها میان فعالیت عصبی و رفتار
پژوهشگران امیدوارند این نقشه بتواند شکافهای میان فعالیت عصبی و رفتار را پر کرده و به رمزگشایی ویژگیهای پیچیدهای مانند هوش و آگاهی کمک کند. ناتالی روشفور از دانشگاه ادینبرو میگوید: «این یک دستاورد پیشگامانه است که برای جامعه علمی بینهایت ارزشمند خواهد بود.» دا کوستا نیز معتقد است شاید بتوان نظریههای مرتبط با آگاهی را با استفاده از این دادهها آزمود و آنها را تقویت یا رد کرد.
این پروژه بر اساس مطالعات پیشین انجام شده است که سال گذشته نورونهای مغز یک مگس بالغ را نقشهبرداری کرده بود. آن مطالعه به دانشمندان کمک کرد تا چگونگی تأثیر ریتمهای شبانهروزی بر خواب و متابولیسم را بهتر درک کنند. روشفور میگوید نقشه جدید نیز امکان مقایسه میان گونهها را فراهم میکند تا پژوهشگران دریابند کدام سلولها و اصول سیمکشی عصبی در گونههای مختلف مشترکاند و کدامها منحصر به یک گونه هستند؛ و در نهایت «به روشن شدن آنچه انسان را متمایز میکند» کمک خواهد کرد.
این مجموعه پژوهشی در قالب هشت مقاله در ژورنالهای Nature منتشر شده است.
منابع و توضیحات:
https://www.newscientist.com/article/2474974-largest-mammalian-brain-map-ever-could-unpick-what-makes-us-human
یوتیوب مصرفی