بلاگ

در جریان ساخت مغز، نورون‌های تازه شکل‌گرفته باید مسیر دشواری را در میان بافت‌های متراکم مغز طی کنند تا به مقصد نهایی خود در قشر مخ (Cerebral Cortex) برسند؛ جایی که در نهایت به بخشی از شبکه پیچیده ارتباطی مغز تبدیل می‌شوند. این سلول‌ها در طول این سفر مجبورند از شکاف‌های بسیار باریکی میان رشته‌های عصبی و سلول‌های مجاور عبور کنند؛ فرآیندی که تاکنون تصور می‌شد تنها یک جابه‌جایی فیزیکی ساده باشد.

اما پژوهش جدیدی که در نشریه معتبر Nature منتشر شده، نشان می‌دهد این مسیر دشوار پیامد غیرمنتظره‌ای نیز دارد. محققان مؤسسه علوم یکپارچه سلول و مواد دانشگاه کیوتو (WPI-iCeMS) به همراه پژوهشگران چند مرکز علمی دیگر دریافتند نورون‌های در حال مهاجرت به طور طبیعی دچار آسیب‌های قابل توجهی در DNA خود می‌شوند.

بر اساس این مطالعه، سلول‌های عصبی هنگام حرکت در بافت در حال رشد مغز، دچار شکست دو رشته‌ای DNA یا Double-Strand Breaks می‌شوند؛ یکی از شدیدترین انواع آسیب‌های ژنتیکی که در آن هر دو رشته مارپیچ DNA به طور هم‌زمان بریده می‌شوند.

اگرچه چنین آسیبی معمولا با بروز جهش‌های ژنتیکی، اختلال عملکرد سلول‌ها یا حتی مرگ سلولی همراه است، اما پژوهشگران دریافتند این اتفاق در حقیقت بخشی طبیعی از فرآیند ساخت مغز محسوب می‌شود و در مغز سالم، سیستم‌های ترمیم DNA این آسیب‌ها را به سرعت برطرف می‌کنند؛ پیش از آنکه مشکلی جدی ایجاد شود.

«مینکو کنگاکو»، استاد WPI-iCeMS و سرپرست این تحقیق، می‌گوید: “به نظر می‌رسد مغز در حال رشد طی روند تکامل، توانایی تحمل و ترمیم بسیار مؤثر آسیب‌های واردشده به نورون‌ها را به دست آورده است. اما شناخت محدودیت‌های این توانایی و بررسی اینکه اگر فرآیند ترمیم کامل انجام نشود چه اتفاقی رخ می‌دهد، می‌تواند ما را به درک بهتر بسیاری از بیماری‌های عصبی نزدیک‌تر کند.”

آسیب DNA هنگام مهاجرت نورون‌ها

برای اینکه پژوهشگران بتوانند علت ایجاد این آسیب را بهتر بررسی کنند، شرایطی مشابه مغز در حال رشد را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کردند.

آن‌ها نورون‌ها را از میان کانال‌های میکروسکوپی بسیار باریکی عبور دادند که فضای محدود موجود در بافت مغز در حال رشد را تقلید می‌کرد.

در طول این آزمایش، محققان با استفاده از نشانگرهای فلورسنت توانستند ایجاد شکست‌های دو رشته‌ای DNA را به صورت مستقیم مشاهده کنند.

نتایج نشان داد درست زمانی که نورون‌ها در حال عبور از این کانال‌های باریک هستند، آسیب‌های ژنتیکی ظاهر می‌شوند. اما پس از خروج سلول‌ها از کانال، روند ترمیم به سرعت آغاز می‌شود و آثار این آسیب‌ها به تدریج از بین می‌رود.

بررسی‌ها نشان داد بیشتر شکست‌های ایجادشده ظرف کمتر از ۲۴ ساعت ترمیم می‌شوند و نورون‌ها بدون هیچ اختلالی به فعالیت طبیعی خود ادامه می‌دهند.

آنزیمی که هم محافظ DNA است و هم عامل آسیب

پژوهشگران پس از بررسی دقیق‌تر دریافتند منشأ اصلی این آسیب‌ها آنزیمی به نام Topoisomerase IIβ است.

این آنزیم در شرایط عادی وظیفه بسیار مهمی بر عهده دارد. هنگام انجام فعالیت‌های روزمره سلول، مولکول DNA دچار پیچ‌خوردگی و تنش مکانیکی می‌شود و Topoisomerase IIβ برای رفع این فشارها، به صورت موقت رشته‌های DNA را برش داده و سپس دوباره آن‌ها را به یکدیگر متصل می‌کند.

پژوهشگران برای توضیح این فرآیند از مثال جالبی استفاده کرده‌اند. فرض کنید یک کابل بلند به شدت گره خورده است. برای باز کردن پیچ‌خوردگی‌ها، آن را در نقطه‌ای قطع می‌کنید، گره‌ها را باز کرده و سپس دوباره دو سر کابل را به هم متصل می‌کنید.

این دقیقا همان کاری است که این آنزیم درون سلول انجام می‌دهد. اما زمانی که نورون‌ها هنگام ساخت مغز مجبور می‌شوند از میان فضاهای بسیار تنگ عبور کنند، فشار مکانیکی زیادی به DNA وارد می‌شود.

در چنین شرایطی، آنزیم Topoisomerase IIβ گاهی در میانه فرآیند اتصال مجدد گیر می‌کند و بخشی از DNA برای مدتی شکسته باقی می‌ماند.

در ادامه، سلول برای ترمیم این آسیب از سامانه‌ای به نام Non-Homologous End Joining (NHEJ) استفاده می‌کند که دو انتهای شکسته DNA را دوباره به یکدیگر متصل می‌کند.

• خواب و ورزش ممکن است اثر ژن‌های عامل بیماری‌های قلبی را کاهش دهند

چرا نورون‌ها سالم می‌مانند اما سلول‌های سرطانی آسیب می‌بینند؟

یکی از بخش‌های جالب این تحقیق، مقایسه نورون‌ها با سلول‌های سرطانی بود. پژوهشگران همان آزمایش عبور از کانال‌های باریک را روی سلول‌های سرطانی نیز انجام دادند.

نتایج نشان داد اگرچه در سلول‌های سرطانی نیز شکست DNA رخ می‌دهد، اما ماهیت این آسیب کاملا متفاوت است.

در سلول‌های سرطانی، آسیب‌های ژنتیکی به صورت تصادفی در سراسر ژنوم ایجاد می‌شوند و همین موضوع می‌تواند عملکرد طبیعی سلول را مختل کرده یا حتی باعث مرگ آن شود. اما در نورون‌ها شرایط متفاوت است.

شکست‌های DNA عمدتا در بخش‌هایی از ژنوم رخ می‌دهند که نقش مستقیمی در فعالیت ژن‌های حیاتی ندارند. در نتیجه، ژن‌های ضروری تا حد زیادی از آسیب در امان می‌مانند و سلول‌های عصبی می‌توانند حتی با وجود این آسیب موقت، عملکرد طبیعی خود را حفظ کنند.

این ویژگی احتمالا یکی از سازوکارهای مهم تکاملی برای حفظ سلامت نورون‌ها در طول فرآیند ساخت مغز است.

اگر ترمیم DNA انجام نشود چه اتفاقی می‌افتد؟

برای بررسی اهمیت سیستم ترمیم DNA، پژوهشگران آزمایش دیگری نیز انجام دادند. آن‌ها موش‌هایی را به صورت ژنتیکی مهندسی کردند که نورون‌های تازه تشکیل‌شده در مخچه آن‌ها فاقد آنزیمی به نام Ligase 4 بودند.

Ligase 4 یکی از مهم‌ترین آنزیم‌هایی است که در ترمیم شکست‌های دو رشته‌ای DNA نقش دارد. جالب اینکه این موش‌ها در ابتدای زندگی کاملا طبیعی به نظر می‌رسیدند و هیچ ناهنجاری آشکاری در رشد آن‌ها مشاهده نشد.

اما با رسیدن به دوران بلوغ، به تدریج دچار مشکلات خفیف تعادل شدند؛ مشکلاتی که با افزایش سن شدت بیشتری پیدا می‌کرد. پژوهشگران می‌گویند این علائم شباهت زیادی به برخی بیماری‌های انسانی دارد که در آن‌ها بی‌ثباتی ژنوم موجب اختلال عملکرد مخچه می‌شود.

این یافته نشان می‌دهد حتی اگر آسیب‌های DNA در دوران ساخت مغز در ابتدا مشکل خاصی ایجاد نکنند، ترمیم ناقص آن‌ها ممکن است سال‌ها بعد خود را به صورت اختلالات عصبی نشان دهد.

این کشف چه تأثیری بر شناخت بیماری‌های مغزی دارد؟

به اعتقاد پژوهشگران، نتایج این مطالعه نشان می‌دهد شکستن و ترمیم DNA نقش بسیار مهم‌تر از آنچه تاکنون تصور می‌شد در زیست‌شناسی مغز ایفا می‌کند.

اکنون دانشمندان قصد دارند بررسی کنند که آیا همین تغییرات کوچک ژنتیکی که هنگام مهاجرت نورون‌ها ایجاد می‌شوند، می‌توانند باعث تفاوت میان نورون‌های مختلف شوند یا خیر.

همچنین این احتمال مطرح شده است که این تغییرات شاید در بروز بیماری‌های عصبی دوران رشد یا حتی بیماری‌های تحلیل‌برنده مغز در سنین بالاتر نیز نقش داشته باشند.

پروفسور کنگاکو در پایان می‌گوید: “این یافته نگاه ما را نسبت به ژنوم نورون‌ها تغییر می‌دهد. همه نورون‌ها از یک DNA یکسان منشأ می‌گیرند، اما آسیب و ترمیم DNA در طول این سفر مکانیکی کوتاه می‌تواند تفاوت‌های ژنتیکی بسیار کوچکی میان نورون‌های مختلف ایجاد کند. شاید بخشی از تاریخچه زندگی هر نورون، در نهایت در ژنوم همان سلول ثبت شود.”

این کشف نشان می‌دهد فرآیندی که زمانی صرفا یک حرکت ساده سلول‌های عصبی در نظر گرفته می‌شد، در واقع مجموعه‌ای پیچیده از فشارهای مکانیکی، آسیب‌های کنترل‌شده ژنتیکی و ترمیم دقیق DNA است؛ فرآیندی که بدون آن ساخت مغز سالم و شکل‌گیری شبکه پیچیده نورون‌های انسان ممکن نخواهد بود. همچنین این یافته می‌تواند راه را برای درک بهتر بیماری‌های عصبی و توسعه روش‌های درمانی نوین در آینده هموار کند.

پژوهش جدیدی نشان می‌دهد که خواب و ورزش نه‌تنها برای سلامت عمومی بدن مفید هستند، بلکه می‌توانند اثر برخی جهش‌های ژنتیکی را که خطر ابتلا به بیماری‌های قلبی و سکته مغزی را افزایش می‌دهند، نیز کاهش دهند.

دانشمندان دریافته‌اند جهش‌هایی که در طول زندگی به‌تدریج در سلول‌های ایمنی بدن تجمع پیدا می‌کنند، می‌توانند التهاب را تشدید کرده و خطر بیماری‌های قلبی و عروقی را مستقل از عوامل شناخته‌شده‌ای مانند سیگار کشیدن، دیابت یا کلسترول بالا افزایش دهند. با این حال، نتایج پژوهشی که ۱۰ ژوئن در نشریه Nature منتشر شده است نشان می‌دهد خواب و ورزش قادرند اثر زیان‌بار برخی از این جهش‌های ژنتیکی را تضعیف کنند.

این یافته، رابطه پیچیده میان ژنتیک و سبک زندگی را به تصویر می‌کشد. برخلاف ژن‌ها که قابل حذف نیستند، رفتارهای روزمره مانند خواب کافی و فعالیت بدنی قابل تغییرند و همین تغییرات ممکن است بر نحوه عملکرد ژن‌ها اثر بگذارند.

«ترزا گرهارت»، پزشک و پژوهشگر بیماری‌های قلبی که این مطالعه را در دوران فوق‌دکتری خود در دانشکده پزشکی آیکان در دانشگاه مونت سینای نیویورک انجام داده است، می‌گوید: “شما می‌توانید سیگار را ترک کنید، اما نمی‌توانید ژن‌های خود را کنار بگذارید. با این حال، شاید بتوانید با برخی رفتارها فعالیت آن‌ها را تحت تأثیر قرار دهید.”

جهش‌هایی که با افزایش سن ایجاد می‌شوند

هر روز سلول‌های بنیادی موجود در خون تقسیم می‌شوند و میلیاردها سلول ایمنی جدید تولید می‌کنند تا سیستم دفاعی بدن همواره فعال باقی بماند. اما همین فرآیند طبیعی تقسیم سلولی، احتمال بروز خطاهای ژنتیکی در DNA را نیز افزایش می‌دهد.

بخش زیادی از این جهش‌ها کاملاً بی‌ضرر هستند، اما برخی از آن‌ها در ژن‌های خاصی رخ می‌دهند که به مرور زمان تعدادشان در خون افزایش پیدا می‌کند. این وضعیت با عنوان هماتوپوئیز کلونال یا Clonal Hematopoiesis (CH) شناخته می‌شود.

در این شرایط، گروهی از سلول‌های خونی که یک جهش ژنتیکی مشترک دارند، به تدریج نسبت به سایر سلول‌ها بیشتر می‌شوند.

کشفی که دانشمندان را شگفت‌زده کرد

در دهه ۲۰۱۰ میلادی، پژوهشگران هنگام بررسی نمونه‌های خون اهدایی به دنبال شناسایی ژن‌هایی بودند که با هماتوپوئیز کلونال ارتباط دارند.

آن‌ها تصور می‌کردند این جهش‌ها ممکن است نخستین مرحله در مسیر ایجاد سرطان خون باشند؛ درست مانند پولیپ‌هایی که طی کولونوسکوپی مشاهده می‌شوند و می‌توانند بعدها به سرطان تبدیل شوند.

«سیدارتا جایسوال»، ایمنی‌شناس دانشگاه استنفورد که در این پژوهش حضور نداشت، توضیح می‌دهد که پژوهشگران انتظار داشتند این جهش‌ها صرفاً با سرطان ارتباط داشته باشند.

اما نتایج چیز دیگری را نشان داد. او و همکارانش دریافتند بیش از ۱۰ درصد افراد بالای ۷۰ سال حامل این جهش‌های ژنتیکی هستند.

همان‌طور که انتظار می‌رفت، خطر ابتلا به سرطان خون در این افراد بیشتر بود، اما یافته غیرمنتظره آن بود که میزان مرگ‌ومیر آن‌ها نیز ۳۰ تا ۴۰ درصد افزایش یافته بود؛ افزایشی که عمدتاً به دلیل سکته‌های مغزی و حملات قلبی کشنده رخ می‌داد.

پژوهش‌های بعدی نیز نشان دادند که استفاده از برخی داروهای ضدالتهاب در افراد پرخطر، می‌تواند تا حدی خطر بیماری‌های قلبی را کاهش دهد.

نقش سلول‌های ایمنی در آسیب به رگ‌ها

مطالعات پیشین روی موش‌ها نشان داده بودند که چرا این جهش‌ها چنین اثری دارند. سلول‌های ایمنی موسوم به ماکروفاژها به سمت رگ‌هایی که با رسوبات کلسترول مسدود شده‌اند حرکت می‌کنند تا این رسوبات را از بین ببرند.

اما همین سلول‌ها همزمان مواد التهابی نیز آزاد می‌کنند. این التهاب خطر تشکیل پلاک‌های چربی در دیواره رگ‌ها و در نتیجه آترواسکلروز یا سخت شدن عروق را افزایش می‌دهد.

«کامرون مک‌آلپاین»، متخصص نورولوژی و ایمنی‌شناسی دانشگاه مونت سینای، توضیح می‌دهد که برخی از جهش‌های مرتبط با CH باعث می‌شوند واکنش ماکروفاژها نسبت به پلاک‌های چربی بسیار شدیدتر شود و التهاب بیشتری ایجاد گردد.

انقلابی در درمان فلج: ارگانوئیدهای نخاع انسانی به میدان آمدند

آیا خواب و ورزش می‌توانند این روند را تغییر دهند؟

پژوهش‌های قبلی نشان داده بودند که عوامل غیرژنتیکی مانند رژیم غذایی یا عفونت‌ها ممکن است بر میزان تجمع این جهش‌ها اثر بگذارند.

به همین دلیل، مک‌آلپاین، گرهارت و همکارانش تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا خواب و ورزش نیز می‌توانند خطر بیماری‌های قلبی ناشی از این جهش‌های ژنتیکی را کاهش دهند یا خیر.

آن‌ها اطلاعات ژنتیکی و میزان فعالیت بدنی بیش از ۹۱ هزار نفر از آمریکا و بریتانیا را مورد بررسی قرار دادند.

نتایج نشان داد افرادی که فعالیت بدنی متوسط تا شدید داشتند، ۱۳ درصد کمتر حامل برخی از جهش‌های مرتبط با هماتوپوئیز کلونال بودند. اگرچه این کاهش چندان بزرگ نبود، اما نشان داد که خواب و ورزش می‌توانند تا حدی بر روند تجمع این جهش‌ها اثر بگذارند.

آزمایش روی موش‌ها نتایج قوی‌تری داشت

دانشمندان برای بررسی دقیق‌تر، آزمایش‌هایی روی موش‌های مهندسی‌شده ژنتیکی انجام دادند. این موش‌ها دارای همان جهش‌های CH بودند و رژیم غذایی پرکلسترول دریافت می‌کردند تا شرایط مشابه افراد در معرض بیماری قلبی ایجاد شود.

سپس گروهی از موش‌ها به چرخ دویدن دسترسی پیدا کردند. بسیاری از آن‌ها به‌صورت داوطلبانه روزانه حدود ۱۰ کیلومتر می‌دویدند. در مقابل، گروه دیگری از موش‌ها با اختلال خواب مواجه شدند.

برای این کار، میله‌ای در کف قفس حرکت می‌کرد و هر چند دقیقه یک‌بار حیوانات را بیدار می‌کرد تا خواب آن‌ها به طور مداوم مختل شود.

نتایج نشان داد خواب و ورزش رفتار و تعداد ماکروفاژهای دارای جهش را در برخی از موش‌ها تغییر می‌دهد.

ترزا گرهارت که اکنون آزمایشگاه خود را در دانشگاه گوته فرانکفورت آلمان راه‌اندازی کرده است، می‌گوید: “اگر ورزش کنید، پلاک‌های چربی کوچک‌تر می‌شوند و شدت بیماری کاهش می‌یابد، اما اگر خواب نامناسبی داشته باشید، بیماری تشدید خواهد شد.”

تأثیر خواب و ورزش برای همه ژن‌ها یکسان نیست

البته پژوهشگران تأکید می‌کنند که اثر خواب و ورزش برای همه جهش‌های ژنتیکی یکسان نیست. آن‌ها چهار ژن مختلف مرتبط با هماتوپوئیز کلونال را بررسی کردند.

نتایج نشان داد که برخی جهش‌ها به شدت تحت تأثیر سبک زندگی قرار می‌گیرند، در حالی که برخی دیگر تقریباً واکنشی به تغییر رفتار نشان نمی‌دهند.

«آلن تال»، پژوهشگر بیماری‌های قلبی دانشگاه کلمبیا که در این مطالعه حضور نداشت، می‌گوید: “خواب کافی یا ورزش می‌تواند خطر آترواسکلروز را معکوس کند، اما میزان این اثر برای هر نوع جهش ژنتیکی متفاوت است و حتی ممکن است برای بعضی از آن‌ها اصلاً چنین اثری وجود نداشته باشد.”

به گفته او، همین موضوع نشان می‌دهد که آینده پزشکی احتمالاً به سمت درمان‌های شخصی‌سازی‌شده حرکت خواهد کرد؛ درمان‌هایی که بر اساس نوع جهش ژنتیکی هر فرد طراحی می‌شوند.

این یافته می‌تواند میلیون‌ها نفر را تحت تأثیر قرار دهد

پژوهشگران همچنین اشاره می‌کنند که یکی از خطرناک‌ترین جهش‌های مورد بررسی، چندان نادر نیست. این جهش در حدود ۳ تا ۴ درصد جمعیت اروپا مشاهده می‌شود.

به همین دلیل، اگر نتایج به‌دست‌آمده در موش‌ها در مطالعات انسانی نیز تأیید شود، خواب و ورزش می‌توانند برای بخش قابل توجهی از جمعیت به راهکاری ساده، کم‌هزینه و مؤثر برای کاهش خطر بیماری‌های قلبی تبدیل شوند.

اگرچه این تحقیق هنوز نشان نمی‌دهد که تغییر سبک زندگی می‌تواند همه خطرات ژنتیکی را از بین ببرد، اما یک پیام مهم دارد؛ ژن‌ها سرنوشت قطعی انسان نیستند. حتی زمانی که برخی جهش‌های ژنتیکی خطر بیماری قلبی را افزایش می‌دهند، عواملی مانند خواب و ورزش ممکن است بتوانند شدت این خطر را کاهش دهند و با کنترل التهاب و بهبود عملکرد سیستم ایمنی، از سلامت قلب و عروق محافظت کنند.

این یافته بار دیگر اهمیت سبک زندگی سالم را در کنار عوامل ژنتیکی برجسته می‌کند و نشان می‌دهد که انتخاب‌های روزمره می‌توانند نقشی فراتر از آنچه تصور می‌شد در حفظ سلامت قلب داشته باشند.

دانشمندان موفق شده‌اند گروهی از نورون‌ها را در یکی از قدیمی‌ترین بخش‌های مغز شناسایی کنند که نقش بسیار مهمی در حفظ تمرکز و جلوگیری از حواس پرتی در حیوانات دارند. این سلول‌های عصبی با فیلتر کردن محرک‌های مزاحم و هدایت مغز به سمت مهم‌ترین اطلاعات موجود در محیط، به حیوانات کمک می‌کنند توجه خود را روی موضوعات ضروری حفظ کنند.

این کشف که توسط پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز و با انجام آزمایش روی موش‌ها صورت گرفته، نشان می‌دهد این سامانه مغزی در تمام مهره‌داران، از جمله انسان، وجود دارد. پژوهشگران امیدوارند نتایج این مطالعه در آینده مسیر توسعه درمان‌های دقیق‌تر برای اختلالات مرتبط با حواس پرتی و مشکلات تمرکز را هموار کند.

«شریش مایسور»، نویسنده ارشد این تحقیق و عصب‌شناسی که روی مدارهای عصبی مرتبط با رفتار مطالعه می‌کند، می‌گوید:

«یکی از ویژگی‌های اصلی اختلال ADHD این است که حتی محرک‌های بسیار ضعیف نیز توجه فرد را منحرف می‌کنند و دقیقا همین اتفاق را زمانی مشاهده کردیم که این نورون‌ها را غیرفعال کردیم. اما تنها یک روز بعد، زمانی که دوباره این سلول‌ها فعال شدند، همان حیوان توانست حتی محرک‌های بسیار قوی را نیز نادیده بگیرد.»

این پژوهش که با حمایت مالی دولت آمریکا انجام شده، به‌تازگی در نشریه معتبر Nature Communications منتشر شده و از سوی هیئت تحریریه این مجله نیز به عنوان یکی از مقالات برگزیده معرفی شده است.

ناحیه‌ای باستانی از مغز که مسئول توجه است

انسان‌ها و سایر حیوانات هر لحظه با حجم عظیمی از اطلاعات مختلف روبه‌رو هستند. مغز باید بتواند در میان این اطلاعات، مهم‌ترین موارد را انتخاب کرده و سایر محرک‌ها را نادیده بگیرد.

این توانایی که با عنوان «توجه انتخابی فضایی» شناخته می‌شود، به ما امکان می‌دهد در یک اتاق شلوغ تنها روی صحبت‌های فرد مقابلمان تمرکز کنیم یا دوست خود را در میان جمعیت زیادی از افراد تشخیص دهیم.

زمانی که این سیستم به درستی عمل نکند، حواس پرتی افزایش پیدا می‌کند و فرد نمی‌تواند محرک‌های بی‌اهمیت را نادیده بگیرد. چنین مشکلی در اختلالاتی مانند اوتیسم و اختلال نقص توجه و بیش‌فعالی (ADHD) نیز مشاهده می‌شود.

سال‌ها تصور می‌شد کنترل توجه عمدتا توسط قشر پیش‌پیشانی مغز یا همان Prefrontal Cortex انجام می‌شود؛ ناحیه‌ای که در انسان و سایر نخستی‌ها نسبت به بسیاری از جانوران تکامل‌یافته‌تر است.

اما این توضیح یک سؤال مهم را بدون پاسخ باقی می‌گذاشت.

اگر قشر پیش‌پیشانی مسئول اصلی تمرکز باشد، پس چگونه پرندگان، ماهی‌ها و بسیاری از حیوانات دیگر که چنین بخشی را به شکل پیشرفته ندارند، همچنان می‌توانند روی اهداف مهم تمرکز کرده و از حواس پرتی جلوگیری کنند؟

«نیناد کوتاری»، نویسنده اول مقاله و پژوهشگر فوق‌دکتری دانشکده علوم روان‌شناسی و مغز دانشگاه جانز هاپکینز، در این باره می‌گوید: “اگر صدها میلیون سال به گذشته تکامل برگردیم، می‌بینیم که پرندگان این توانایی را داشته‌اند، ماهی‌ها نیز از آن برخوردار بوده‌اند؛ در حالی که آن‌ها قشر پیش‌پیشانی تکامل‌یافته‌ای ندارند. بنابراین این سؤال مطرح می‌شود که مغز چگونه این مسئله را حل می‌کند؟ ما موفق شدیم ناحیه‌ای بسیار قدیمی در ساقه مغز را شناسایی کنیم که مسئول این قابلیت است.”

نورون‌های ساقه مغز مانند یک فیلتر عمل می‌کنند

پژوهشگران دریافتند در موش‌ها نیز کنترل توجه توسط شبکه‌ای از نورون‌های مهاری موجود در ساقه مغز انجام می‌شود. این نورون‌ها تنها مختص موش‌ها نیستند و تقریبا در تمام مهره‌داران، از جمله پرندگان، خزندگان، دوزیستان و ماهی‌ها نیز وجود دارند.

ایده بررسی این سلول‌های عصبی از تحقیقات قبلی مایسور و سایر پژوهشگرانی شکل گرفت که سال‌ها روی سیستم عصبی پرندگان، قورباغه‌ها و لاک‌پشت‌ها مطالعه کرده بودند. برای بررسی عملکرد این نورون‌ها، تیم تحقیقاتی آزمایشی طراحی کرد که شباهت زیادی به آزمون‌های سنجش توجه در انسان داشت.

در این آزمایش، موش‌ها روبه‌روی نمایشگری قرار گرفتند که روی آن نشانه‌های تصویری مختلف ظاهر می‌شد. اگر حیوان روی علامتی که مستقیما روبه‌رویش قرار داشت تمرکز می‌کرد و در عین حال محرک‌های جانبی را نادیده می‌گرفت، پاداش دریافت می‌کرد.

تا زمانی که نورون‌های ساقه مغز فعال بودند، موش‌ها عملکرد بسیار خوبی از خود نشان دادند. اما پژوهشگران در مرحله بعد، این نورون‌ها را به صورت موقت غیرفعال کردند. نتیجه کاملا واضح بود.

کوتاری می‌گوید: “وقتی این نورون‌ها را غیرفعال می‌کنیم، موش‌ها به شدت دچار حواس پرتی می‌شوند.”

• تکنیک جدید پیچش، کنترل بی‌سابقه‌ای بر نور کوانتومی فراهم کرد

غیرفعال شدن نورون‌ها باعث افزایش حواس پرتی شد

در ادامه، پژوهشگران آزمایش‌های دیگری نیز انجام دادند تا مطمئن شوند عملکرد ضعیف موش‌ها ناشی از مشکلات بینایی یا اختلال در حرکت نیست.

نتایج نشان داد هیچ‌یک از این عوامل در کاهش عملکرد حیوانات نقش نداشتند. موش‌ها همچنان تصاویر را به خوبی مشاهده می‌کردند و توانایی حرکتی آن‌ها نیز کاملا طبیعی بود.

مشکل اصلی این بود که دیگر نمی‌توانستند اطلاعات مختلف را با یکدیگر مقایسه کرده و مهم‌ترین محرک را انتخاب کنند.

به بیان دیگر، سیستم مغز برای اولویت‌بندی اطلاعات دچار اختلال شده بود و همین موضوع باعث افزایش حواس پرتی می‌شد.

مایسور در توضیح این یافته می‌گوید: “تنها چیزی که دچار اختلال شد، توانایی حیوان برای مقایسه اطلاعات مختلف و تمرکز روی مهم‌ترین آن‌ها بود. این بخش از مغز مانند یک موتور انتخاب توجه عمل می‌کند و به مغز پاسخ می‌دهد که در این لحظه مهم‌ترین اطلاعاتی که باید روی آن‌ها تمرکز کنم، کدام هستند.”

به اعتقاد پژوهشگران، این سیستم همانند یک فیلتر هوشمند عمل می‌کند که دائما محیط اطراف را بررسی کرده و اطلاعات بی‌اهمیت را حذف می‌کند تا مغز بتواند منابع خود را صرف مهم‌ترین محرک‌ها کند.

این کشف چه اهمیتی برای درمان ADHD و اوتیسم دارد؟

اکنون پژوهشگران قصد دارند با جزئیات بیشتری بررسی کنند که این نورون‌ها دقیقا چگونه توجه انتخابی فضایی را در مهره‌داران کنترل می‌کنند و آیا در انسان نیز دقیقا همین وظیفه را بر عهده دارند یا خیر.

مایسور می‌گوید: “تمام شواهد موجود تاکنون نشان می‌دهد این نورون‌ها در انسان نیز وجود دارند. اما آیا دقیقا مسئول توجه انتخابی فضایی هستند؟ این فرضیه بسیار هیجان‌انگیز است و شواهد فعلی از آن حمایت می‌کنند.”

در گام بعدی، پژوهشگران تصمیم دارند فعالیت این سلول‌های عصبی را در افراد مبتلا به ADHD و همچنین افراد مبتلا به اوتیسم بررسی کنند.

اگر مشخص شود عملکرد این نورون‌ها در این بیماران با افراد سالم تفاوت دارد، این کشف می‌تواند نقطه عطف مهمی در درمان اختلالات مرتبط با حواس پرتی باشد.

در چنین شرایطی، به جای استفاده از داروهایی که کل مغز را تحت تأثیر قرار می‌دهند، شاید بتوان داروها یا روش‌های درمانی هدفمندتری طراحی کرد که مستقیما روی همین شبکه عصبی اثر بگذارند.

این موضوع نه‌تنها می‌تواند اثربخشی درمان را افزایش دهد، بلکه احتمال بروز عوارض جانبی را نیز کاهش خواهد داد.

پژوهشگران تأکید می‌کنند که هنوز راه زیادی تا تبدیل این یافته‌ها به درمان‌های بالینی باقی مانده است، زیرا تمام آزمایش‌های فعلی روی موش‌ها انجام شده‌اند. با این حال، از آنجا که این نورون‌ها در اغلب مهره‌داران حفظ شده‌اند و میلیون‌ها سال بدون تغییر اساسی در فرآیند تکامل باقی مانده‌اند، احتمال اینکه انسان نیز از همین سامانه عصبی برای مقابله با حواس پرتی استفاده کند، بسیار زیاد است.

اگر این فرضیه در مطالعات آینده تأیید شود، دانشمندان نه‌تنها درک عمیق‌تری از نحوه عملکرد مغز و سازوکار توجه به دست خواهند آورد، بلکه می‌توانند راهکارهای نوینی برای درمان اختلالاتی ارائه دهند که میلیون‌ها نفر در سراسر جهان را با مشکل حواس پرتی، کاهش تمرکز و دشواری در پردازش اطلاعات مهم روبه‌رو کرده‌اند.

دانشمندان دانشگاه نورث‌وسترن آمریکا در یک دستاورد مهم علمی، پیشرفته‌ترین مدل ارگانوئید نخاع انسانی را توسعه داده‌اند و از آن برای آزمایش یک روش نوین درمان فلج استفاده کرده‌اند؛ روشی که پیش‌تر توانسته بود در مطالعات حیوانی، فلج ناشی از آسیب شدید نخاع را معکوس کند.

این پژوهش جدید گامی مهم در مسیر توسعه درمان‌های مؤثر برای آسیب‌های نخاعی و درمان فلج به شمار می‌رود. محققان با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs)، نسخه‌های مینیاتوری و آزمایشگاهی از نخاع انسان را تولید کردند و سپس به‌صورت عمدی به این بافت‌ها آسیب وارد کردند تا شرایطی مشابه آسیب‌های واقعی نخاع در بدن انسان ایجاد شود.

نتایج نشان داد که این ارگانوئیدهای نخاعی پس از آسیب، همان واکنش‌هایی را از خود نشان می‌دهند که در بیماران دچار ضایعات نخاعی مشاهده می‌شود. از جمله این واکنش‌ها می‌توان به مرگ سلولی، التهاب گسترده و تشکیل بافت اسکاری موسوم به «گلیال اسکار» اشاره کرد. این بافت زخمی یکی از اصلی‌ترین موانع بازسازی اعصاب و درمان فلج در بیماران مبتلا به آسیب نخاعی است.

بازسازی دقیق آسیب نخاعی در آزمایشگاه

برای نخستین بار، پژوهشگران موفق شدند نشان دهند که ارگانوئیدهای نخاع انسانی قادرند تشکیل اسکارهای گلیالی متراکم را بازسازی کنند. این اسکارها پس از آسیب شدید نخاع ایجاد می‌شوند و مانع رشد مجدد رشته‌های عصبی می‌شوند.

یکی دیگر از نوآوری‌های مهم این مطالعه، افزودن سلول‌های میکروگلیا به ارگانوئیدها بود. میکروگلیا سلول‌های ایمنی اصلی سیستم عصبی مرکزی هستند و نقش مهمی در واکنش بدن به آسیب‌های عصبی ایفا می‌کنند. حضور این سلول‌ها باعث شد مدل آزمایشگاهی جدید از نظر زیستی بسیار واقعی‌تر از نمونه‌های قبلی باشد.

دکتر «ساموئل آی. استاپ»، نویسنده ارشد این پژوهش، توضیح داد که وجود میکروگلیا در این مدل امکان بررسی دقیق‌تر فرآیندهای التهابی و ترمیمی را فراهم می‌کند.

او گفت: “یکی از هیجان‌انگیزترین جنبه‌های ارگانوئیدها این است که می‌توانیم درمان‌های جدید را مستقیماً روی بافت انسانی آزمایش کنیم. به‌جز انجام کارآزمایی بالینی، هیچ روش دیگری برای دستیابی به چنین هدفی وجود ندارد.”

به گفته او، پژوهشگران دو نوع آسیب مختلف شامل پارگی نخاع و آسیب فشاری را در این ارگانوئیدها ایجاد کردند تا شرایط واقعی ضایعات نخاعی را شبیه‌سازی کنند.

امید تازه برای درمان فلج با «مولکول‌های رقصان»

پس از ایجاد آسیب، دانشمندان ارگانوئیدهای آسیب‌دیده را با روشی درمانی موسوم به «مولکول‌های رقصان» (Dancing Molecules) تحت درمان قرار دادند.

این فناوری بر پایه دسته‌ای از پپتیدهای درمانی فوق‌مولکولی طراحی شده است. این مواد به شکل مایع تزریق می‌شوند اما به سرعت در محل آسیب به ژلی از نانوالیاف تبدیل می‌شوند که ساختاری مشابه ماتریکس خارج سلولی نخاع دارند.

ماتریکس خارج سلولی محیطی است که سلول‌های عصبی در آن قرار دارند و نقش مهمی در بقای سلول‌ها، ارتباطات عصبی و بازسازی بافت ایفا می‌کند.

ویژگی منحصر‌به‌فرد این فناوری در قابلیت حرکت و پویایی مولکول‌ها نهفته است. محققان معتقدند هرچه این مولکول‌ها تحرک بیشتری داشته باشند، احتمال برخورد و تعامل آن‌ها با گیرنده‌های سلولی افزایش می‌یابد.

دکتر استاپ پیش‌تر در توضیح این فناوری گفته بود: “سلول‌ها و گیرنده‌های آن‌ها دائماً در حال حرکت هستند. بنابراین مولکول‌هایی که تحرک بیشتری دارند، فرصت بیشتری برای تعامل با این گیرنده‌ها پیدا می‌کنند. در مقابل، اگر مولکول‌ها کند و کم‌تحرک باشند، ممکن است هرگز نتوانند به‌خوبی با سلول‌ها ارتباط برقرار کنند.”

این ویژگی باعث می‌شود پیام‌های ترمیمی مؤثرتری به سلول‌های آسیب‌دیده منتقل شود و روند بازسازی بافت عصبی تسریع گردد.

• MRI نسل جدید، کنترل دقیق میکروربات‌های پزشکی را در زمان واقعی امکان‌پذیر کرد

نتایج امیدوارکننده برای درمان فلج

نتایج آزمایش‌ها بسیار امیدوارکننده بود. پس از استفاده از مولکول‌های رقصان، میزان التهاب در بافت نخاعی کاهش یافت و اسکارهای گلیالی به‌طور چشمگیری کم‌رنگ شدند. همچنین رشد رشته‌های عصبی جدید یا «نوریت‌ها» به‌طور قابل توجهی افزایش یافت.

به گفته محققان، رشد نوریت‌ها در ارگانوئیدهای درمان‌شده شباهت زیادی به بازسازی آکسون‌ها در مطالعات حیوانی داشت. آکسون‌ها رشته‌های بلندی هستند که پیام‌های عصبی را بین سلول‌های عصبی منتقل می‌کنند و آسیب به آن‌ها یکی از دلایل اصلی فلج پس از ضایعه نخاعی است.

دکتر استاپ تأکید کرد: “پس از اعمال درمان، اسکار گلیالی تقریباً ناپدید شد و رشد نوریت‌ها را مشاهده کردیم؛ پدیده‌ای که بسیار شبیه بازسازی آکسونی در مدل‌های حیوانی بود. این نتایج نشان می‌دهد که درمان ما شانس بالایی برای موفقیت در انسان دارد.”

این یافته‌ها می‌تواند مسیر توسعه درمان فلج را متحول کند؛ زیرا تاکنون بیشتر درمان‌های موفق در حیوانات هنگام انتقال به انسان با چالش‌های جدی روبه‌رو می‌شدند.

آینده تحقیقات و پزشکی شخصی‌سازی‌شده

دانشمندان اکنون قصد دارند مدل‌های پیشرفته‌تری از ارگانوئیدهای نخاعی ایجاد کنند که بتوانند آسیب‌های مزمن نخاعی را نیز شبیه‌سازی کنند. در بسیاری از بیماران، آسیب نخاعی برای سال‌ها باقی می‌ماند و بافت اسکار قدیمی و پیچیده‌ای ایجاد می‌شود که درمان آن بسیار دشوارتر است.

علاوه بر این، پژوهشگران معتقدند در آینده می‌توان از سلول‌های بنیادی خود بیماران برای تولید ارگانوئیدهای شخصی استفاده کرد. این رویکرد امکان آزمایش درمان‌های مختلف روی بافت اختصاصی هر بیمار را فراهم می‌کند و می‌تواند به توسعه روش‌های شخصی‌سازی‌شده برای درمان فلج منجر شود.

کارشناسان می‌گویند اگرچه هنوز تا استفاده گسترده از این فناوری در بیماران انسانی فاصله وجود دارد، اما نتایج این مطالعه یکی از امیدوارکننده‌ترین پیشرفت‌های سال‌های اخیر در حوزه پزشکی بازساختی و درمان فلج محسوب می‌شود.

در صورتی که این موفقیت‌ها در آزمایش‌های بالینی آینده نیز تکرار شوند، میلیون‌ها فرد مبتلا به آسیب نخاعی در سراسر جهان می‌توانند در آینده از درمان‌هایی بهره‌مند شوند که نه‌تنها روند تخریب عصبی را متوقف می‌کنند، بلکه توانایی بازسازی اعصاب و بازگرداندن بخشی از عملکرد حرکتی از دست رفته را نیز دارند. این موضوع می‌تواند فصل تازه‌ای در مبارزه با فلج و ناتوانی‌های ناشی از آسیب نخاعی آغاز کند.