معمای چیستی مغز!

به‌ رغم سال‌ها پژوهش درباره چگونگی عملکرد مغز، هنوز پرسش‌های بی‌پاسخ فراوانی باقی مانده است. در زیر مقاله ای را که به قلم آنیل آنانتاسومی نوشته شده است را می خوانید.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هروقت به دیدن ویلیام تایلر می‌روم، او ویدئوی یکی از مسابقات بوکس و موثرترین ضربه‌های تاریخ را نشانم می‌دهد. در این ویدئو جولیان جکسون، مشتزن آمریکایی به حریف انگلیسی‌اش هرول گراهام ضربه‌ای می‌زند و او قبل از اینکه به زمین بیفتد، بیهوش می‌شود. گرچه تایلر طرفدار بوکس است، اما او عصب‌شناسی برجسته در دانشگاه ویرجینیاست و چنین ضربه‌هایی را از لحاظ علمی بررسی کرده است. او می گوید در برابر درک ما از نحوه عملکرد مغز، این گونه واکنش های مغز به ضربه، اندکی مرموز است. در واقع او معتقد است اگر ما مغز را اندام بیوشیمیایی و الکتریکی می دانیم پس چرا یک اتفاق مکانیکی مانند ضربه به صورت موجب بیهوشی فرد می شود؟ مسلما از دستکش مشتزن هیچ نوع انتقال الکتریکی صورت نگرفته و تمام چیزی که این میان وجود دارد یک موج ضربه مکانیکی است، با این حال او بیهوش می شود. هیچ کس درمورد این که سلول های مغز با کمک علائم الکتریکی و بیوشیمیایی با هم گفت وگو می کنند شک ندارد؛ اما تایلر و محققان دیگر معتقدند این کل داستان نیست. به نظر می رسد که رشته های عصبی به صورت یک شبکه مکانیکی، درست مانند دندانه های یک ساعت کاملا تنظیم شده، به یکدیگر متصل شده است. نیروهایی که از میان آنها عبور می کند ممکن است به مغز در ذخیره کردن خاطره و تطبیق سریع با شرایط جدید کمک کند؛ روشی که برای ما کاملا ناآشناست. البته این روش درست مانند دستگاه های خوب روغن زده شده کار می کند. درک این موضوع نه تنها ما را در حل پرسش های قدیمی مانند این که واقعا چه چیزی مغزمان را به فعالیت وامی دارد کمک می کند، بلکه بسرعت فواید کاربردی خود را نشان می دهد. اول از همه، فهمیدن دلیل چنین به هم ریختگی ای در فرآیندهای مکانیکی ممکن است در درمان انواع جراحت های مغزی موثر باشد و حتی ما را به سمت اصلاح مشکلات مکانیکی مغز با استفاده از امواج صوتی هدایت کند. این روش برای درمان های غیرتهاجمی بیماری هایی چون صرع مناسب است. مغز مکانیکی نظریه مغز مکانیکی برای اولین بار به زمان جالینوس، پزشک یونانی قرن دوم میلادی برمی گردد. او به اشتباه معتقد بود که حفره های مغزی مایعات را درون اعصاب پمپ کرده و عملکردهای بدن را کنترل می کند. اما قرن های 18 و 19 مشخص شد که اعصاب حامل علائم الکتریکی است و نه مایع مغزی و در دهه 1950 آلن هاجکین و اندرو هاکسلی نحوه کار این علائم الکتریکی را کشف کردند. آنها توضیح دادند که علائم طی فرآیندی به نام پتانسیل عمل از طریق الیاف عصبی منتقل می شود. ولی در همان زمان زمزمه هایی مبنی بر این که در این میان فرآیندهای مکانیکی نیز وجود دارد شنیده شد و اولین سرنخ ها از مشاهده اعصاب ماهی های مرکب به دست آمد. این ماهی ها با کوچک ترین تحریک جریان الکتریکی منقبض و متورم می شدند اما این یافته تا سال 1980 مسکوت باقی ماند و سرانجام ایچیجی تاساکی در دانشگاه مریلند با مشاهده چیزی مشابه در عصب های چنگال های خرچنگ، دوباره آن را مطرح کرد. وقتی علائم الکتریکی در اعصاب چنگال خرچنگ حرکت می کرد، یک موج مکانیکی هم تولید می شد. این یافته نشان داد انرژی به وسیله رشته های سلول های عصبی مبادله می شود. هاجکین و هاکسلی پتانسیل عمل را به صورت یک مدار الکتریکی مدل سازی کردند. چنین مداری حرارت را پراکنده می کند، اما چیزی نیست که بتوان به صورت آزمایشگاهی آن را مشاهده کرد: هنگام توزیع یک ضربه عصبی، از دست دادن حرارت کلی وجود ندارد. در هرحال، اگر ضربه عصبی بتواند مانند یک موج مکانیکی عمل کند و حرارت (به صورت خالص) آزاد و جذب شود مقدار انرژی به حد مطلوبی می رسد. در این تحقیقات شاید مهم تر از همه، معلوم شد که سیستم عصبی ما به وسیله حرکت ـ در حد نانومتری ـ با مغز گفت وگو و آن را برای درک مکانیکی آماده می کند. محققان علاوه بر امواج مکانیکی که در امتداد اعصاب حرکت می کرد متوجه نیروهایی شدند که بین سلول های عصبی در سیناپس ها (محل تماس دو عصب) مبادله می شد. در اینجا علائم با کمک یون های باردار و انتقال دهنده های عصبی آزاد شده ارسال می شود. این مولکول ها از فواصل میان عصب ها عبور کرده و خود را به زائده قارچی شکل روی دندریت سلول عصبی بعدی می رسانند . این عمل حرکت پیام به سمت جلو را تقویت کرده و موجب یک سری فعالیت های زنجیره ای می شود. مهم تر از همه این زائده های دندریتی انعطاف پذیرند. اوایل دهه 1980 فرانسیس کرک ـ یکی از کاشفان ساختار دی.ان.ای ـ فرضیه ای ارائه داد مبنی بر این که این زائده ها ممکن است هنگام مبادله اطلاعات میان سلول های عصبی منقبض شوند و این تغییر شکل موجب افزایش قدرت عبور علامت میان دو سلول عصبی شود. بنابر اعتقاد کرک، این حرکات حتی می تواند در ذخیره خاطرات نقش داشته باشد. البته در آن زمان فناوری ای که با آن بتوان سیناپس ها را درست در زمان حرکت مشاهده کرد وجود نداشت، اما در سال 1998، با کمک میکروسکوپ های قوی از زائده های دندریتی فیلم گرفته و معلوم شد که آنها، درست همان طوری که کرک گفته بود، براستی حرکت می کنند و در عرض چند ثانیه تغییر شکل می دهند. فهمیدن این که چه چیزهایی ـ درست مانند دندانه و چرخ های یک ساعت ـ این حرکات را موجب می شود سخت بود اما یک دهه تحقیق چند احتمال را پیش رو گذاشت.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

حرکت در مغز دندریت حاوی پروتئین هایی چون اکتین است که بنا بر شرایط موجود به صورت پلیمرهای بزرگ درمی آید یا به واحدهای کوچک تر خرد می شود. این فرآیند نیروهایی تولید می کند که احتمال دارد چنان قوی باشد که بتواند زائده های دندریتی را خم، منقبض و منبسط کند. زائده های دندریتی از یک طرف به بخش انتهایی آکسون و از طرف دیگر به زنجیره پروتئین های چسبنده متصل شده است، بنابراین با حرکت زائده دندریتی، بخش انتهایی آکسون هم به حرکت می افتد. طاهر سیف و همکارانش در دانشگاه ایلینوی نشان دادند هرچه نیروی بیشتری روی بخش انتهایی یک آکسون اعمال شود، تعداد بیشتری از مولکول های انتقال دهنده عصبی در محل سیناپس آزاد می شود. به این ترتیب حرکات می تواند قدرت علامت و متعاقبا انعطاف در سیناپس را تغییر دهد؛ تغییرات مهمی که ممکن است ابزارمغز در ذخیره اطلاعات به هنگام یادگیری و به خاطرسپاری باشد. اما این تمام ماجرا نیست. حتی چنین ارتباطی بین سیناپس های مجاور نیز می تواند رخ دهد. تایلر توضیح می دهد که زائده های دندریتی در جایی قرار دارد که آکسون ها و میله های کوچکی به نام ریزلوله ها وجود دارد و می تواند همانند فنر در خود انرژی کش سانی ذخیره کند. به محض این که یکی از این زائده ها تحریک می شود مواد شیمیایی آزاد کرده و موجب تغییر در این ساختار شده ، زائده های مجاور را هل می دهد یا می کشد و به این ترتیب تعادل نیروها در سیناپس ها را تغییر می دهد. هنوز کسی انتقال حرکت را درحین کار اندازه گیری نکرده است، اما شواهد غیرمستقیم نشان می دهد که اکتین و ریزلوله ها در واکنش به حرکت زائده حرکت می کند و سرعت این حرکات برای تحریک و به فعالیت واداشتن زائده های مجاور نیز بیش از مقدار کافی است. بنا به گفته تایلر، اگر این گونه باشد پس این ساز و کار برای ارسال علائم به مسیر دیگری به روند کار می افزاید تا به سیناپس ها برای هماهنگ کردن فعالیت شان در لحظه ای که ما خود را با شرایط موجود تطبیق می دهیم کمک کند. محققان با اعمال امواج فراصوت روی قشر جلویی مغز 31 داوطلب از جمله خود یکی از محققان به نام استوارت همروف که دچار دردهای مزمن بودند، تا اندازه ای به بهبود آنها کمک کردند. درد داوطلبان 40 دقیقه پس از دریافت امواج فراصوتی کاملا خوب و روحیه شان هم بهتر شده بود. درمان با امواج فراصوت گروه تحقیقاتی تایلر هنگام آزمایش روی موش های آزمایشگاهی و تحریک قشر حرکتی آنها با استفاده از ضربه های امواج فراصوتی، توانستند ناگهان دم و پنجه پاهای جلویی موش را جمع کنند و سبیلش را تکان دهند. آنها حتی در مغز موش الکترودهایی کار گذاشتند تا ثابت کنند که حرکات فعالیت عصبی با تحریک سازی به وسیله امواج فراصوت همراه است. این یافته ها نشان می دهد که نیروهای مکانیکی خارجی می تواند با فرآیندهای موجود در مغز تداخل پیدا کند و این موضوع به طور بالقوه راز مربوط به ضربات موثر مشتزن ها را توضیح می دهد. اگر سیناپس ها و سلول های عصبی با نیروهای مکانیکی تنظیم شود، پس یک ضربه به سر می تواند تمام نیروهای ارسال علائم را درهم ریزد و بلافاصله کانال های یونی باز شده و گیرنده ها را تحریک کند. فرضیه ای می گوید این عمل تمام کانال های پتاسیم یا سدیم را باز می کند و موجب بیهوشی فرد می شود. البته برخی از محققان معتقدند ممکن است شدت این امواج ضربه ای مانند امواج فراصوت از طریق ساز و کار های دیگری چون حرارت روی فعالیت مغز اثر بگذارد و حقیقتا تعاملی مکانیکی رخ ندهد. اگر امواج فراصوتی بتواند موجب چنین فعالیت هایی شود، بنابراین احتمال دارد در آینده بتوان اختلالات مغزی را درمان کرد و این موضوع محققان را بسیار هیجان زده کرده است. در این روش مثلا به جای تحریک عمیق مغز از طریق الکترودهای کار گذاشته در مغز بیمارانی مانند مبتلایان پارکینسون و افسردگی که نیازمند جراحی است، صرفا می توان از امواج فراصوت استفاده کرد. البته روش دیگری برای تحریک نواحی عمیق تر مغز وجود دارد که غیرتهاجمی و بدون عمل جراحی است. در این روش از تحریک سازی مغناطیسی سونوگرافی یا تحریک جریان مستقیم سونوگرافی استفاده می شود. به این ترتیب که روی پوست سر الکترود نصب کرده و از طریق جمجمه جریان الکتریکی یا مغناطیسی عبور داده می شود، اما در هردوی این روش ها میزان دسترسی به نواحی مورد نظر بسیار کم است. تایلر همچنین امیدوار است با این روش و فعال سازی همزمان چند ناحیه از مغز جلوی حملات صرعی را بگیرد و حتی درد های مزمن را درمان کند.



مترجم: نادیا زکالوند

جام جم آنلاین