یک کشف شگفت‌انگیز دانشمندان در اعماق مغز
یک ناحیه کوچک در اعماق مغز با آشکار کردن یک سیستم ارتباطی فوق‌العاده پیچیده، دانشمندان را شگفت‌زده کرده است.
به گزارش پارسینه پلاس و به نقل از اطلاعات آنلاین از ساینس دیلی، در اعماق ساقه مغز، گروه کوچکی از سلول‌های عصبی وجود دارد که نقش بسیار بزرگی در عملکرد مغز ایفا می‌کنند. این ناحیه که «لوکوس سرولئوس» (LC) نامیده می‌شود، نام خود را از کلمات لاتین به معنای “مکان آبی” گرفته است. اگرچه تنها بخش کوچکی از نورون‌های مغز را در بر می‌گیرد اما نوراپی نفرین (NE) تولید می‌کند؛ یک پیام‌رسان شیمیایی که به تنظیم توجه، یادگیری، ضربان قلب و واکنش‌های بدن به استرس و هیجان کمک می‌کند.
پیش از این تصور می‌شد که این ناحیه سیگنال شیمیایی یکسانی را در سراسر مغز پخش می‌کند، اما طبق تحقیقات جدید روی موش‌ها، این ناحیه در واقع پیام‌های هدفمندی را ارسال می‌کند که به کنترل یادگیری، توجه و رفتار کمک می‌کند.
دانشمندان مدت‌هاست فرض می‌کنند که لوکوس سرولئوس مانند یک بلندگو عمل می‌کند و اساساً سیگنال نوراپی نفرین یکسانی را در سراسر مغز ارسال می‌کند. با این حال، یک مطالعه جدید، این درک را به چالش می‌کشد. محققان موسسه آلن با استفاده از تصویربرداری مغز، ثبت فعالیت‌های عصبی، تکنیک‌های ژنتیکی و آزمایش‌های رفتاری در موش‌ها، کشف کردند که لوکوس سرولئوس از طریق چندین مسیر مجزا ارتباط برقرار می‌کند. به جای پخش یک پیام کلی، سیگنال‌ها را به مقاصد خاص ارسال می‌کند و گروه‌های مختلفی از نورون‌ها به تجربیات مختلف پاسخ می‌دهند.
یک شبکه مغزی پنهان که پیام‌های دقیقی ارسال می‌کند
محققان با ردیابی اتصالات نورون‌های LC دریافتند که گروه‌های مختلفی از سلول‌ها با مناطق خاصی از سیستم عصبی ارتباط برقرار می‌کنند. این مسیرها تعیین می‌کنند که سیگنال‌ها کجا باعث آزاد شدن نوراپی نفرین می‌شوند و یک شبکه ارتباطی بسیار سازمان یافته‌تر از آنچه قبلاً شناخته شده بود، ایجاد می‌کنند.
نورون‌های قسمت بالایی (پشتی LC) در درجه اول به قشر مغز و مغز پیشین متصل می‌شوند. در همین حال، سلول‌های قسمت پایینی (شکمی) سیگنال‌های خود را عمدتاً به ساقه مغز و نخاع می‌فرستند. این ترتیب به بخش‌های مختلف LC اجازه می‌دهد تا بر عملکردهای جداگانه مغز تأثیر بگذارند.
یافته‌ها نشان می‌دهد که سیستم نوراپی نفرین مغز بسیار بیشتر شبیه یک شبکه پستی هدفمند است تا یک بوق هشدار.
چرا این کشف می‌تواند برای اختلالات مغزی مهم باشد؟
درک چگونگی سازماندهی این شبکه سیگنال‌دهی در نهایت می‌تواند نحوه درمان برخی از بیماری‌های عصبی و روانی را تغییر دهد.
نوراپی نفرین نقش محوری در تنظیم توجه و خلق و خو دارد و آن را به هدف مهمی برای داروهای مورد استفاده در درمان افسردگی، اضطراب و ADHD تبدیل می‌کند. نورون‌های LC همچنین از جمله اولین سلول‌های مغزی هستند که در بیماری آلزایمر رو به زوال می‌روند، که نشان می‌دهد یافته‌های جدید می‌تواند پیامدهایی برای درک و درمان این بیماری‌ها داشته باشد.
درمان‌های فعلی که بر نوراپی نفرین تأثیر می‌گذارند، می‌توانند به طور همزمان بر چندین مدار مغزی تأثیر بگذارند و گاهی اوقات اثرات مفیدی را در یک ناحیه ایجاد می‌کنند در حالی که باعث اثرات ناخواسته در جای دیگر می‌شوند. نقشه واضح‌تر از مسیرهای تخصصی LC می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا درمان‌هایی را توسعه دهند که به طور انتخابی‌تری بر روی مدارهای درگیر در علائم خاص عمل کنند.
دانشمندان سلول‌های مغزی دخیل در یادگیری را شناسایی کردند
محققان همچنین تمایز مهمی بین عملکرد نورون‌های مختلف LC کشف کردند. سلول‌های LC پشتی که به قشر مغز متصل هستند، در طول یادگیری به طور ویژه فعال بودند. هنگامی که موش‌ها وظایف تصمیم‌گیری را انجام می‌دادند و پس از یک نتیجه نامطلوب، انتخاب‌های خود را تنظیم می‌کردند، این نورون‌ها فعالیت خود را افزایش می‌دادند.
نورون‌های LC شکمی رفتار متفاوتی داشتند. فعالیت آنها افزایش یافت کمی قبل از اینکه موش‌ها سیگنال‌هایی را نادیده بگیرند که نشان می‌داد پاداش ممکن است در دسترس باشد. این نشان می‌دهد که این سلول‌ها به تنظیم اینکه آیا حیوانات به فرصت‌های محیط اطراف خود پاسخ می‌دهند یا خیر، کمک می‌کنند.
نورون‌های LC پشتی که سیگنال‌ها را به سمت بالا به قشر مغز می‌فرستند، در یادگیری دخیل هستند، در حالی که نورون‌های ناحیه شکمی که به سمت پایین به ساقه مغز و نخاع امتداد دارند، تعیین می‌کنند که آیا حیوانات اصلاً با محیط خود درگیر می‌شوند یا خیر. ما همچنین نشان دادیم که این تفاوت‌های آناتومیکی توسط الگوهای بیان ژن متمایز منعکس می‌شوند.
این یافته‌ها نشان می‌دهد که تفاوت‌های بین این دو گروه فراتر از مکان‌ها و اتصالات آنها است. آنها همچنین الگوهای متمایزی از فعالیت ژن دارند که نقش‌های تخصصی آنها را منعکس می‌کند.
محققان یک نورون رکوردشکن کشف کردند
این مطالعه شامل بررسی گسترده‌ای از مغز موش بود. دانشمندان از تصویربرداری کل مغز برای مطالعه نزدیک به ۳۵۰۰۰ نورون استفاده کردند، پروفایل‌های ژنتیکی تقریباً ۴۰۰۰۰۰ سلول را تجزیه و تحلیل کردند و ساختارهای کامل چندین سلول عصبی فوق‌العاده پیچیده را بازسازی کردند.
در طول این کار، آنها با یافته قابل توجه دیگری روبرو شدند: نورون‌های LC دارای آکسون‌های فوق‌العاده بلندی هستند. این برآمدگی‌ها سیگنال‌ها را از سلول‌های عصبی به سلول‌های دیگر منتقل می‌کنند و به اطلاعات اجازه می‌دهند تا در سراسر سیستم عصبی حرکت کنند.
محققان دریافتند که آکسون‌های LC به طور متوسط تقریباً ۳۵ سانتی‌متر طول دارند. یک آکسون فوق‌العاده، طول بازسازی شده کلی ۷۰.۳۲ سانتی‌متر داشت که آن را به بخشی از طولانی‌ترین نورون منفرد اندازه‌گیری شده تاکنون در یک موش تبدیل می‌کند.
با وجود طول قابل توجه و دسترسی گسترده، این نورون نوراپی نفرین را در کل مغز توزیع نمی‌کند. در عوض، اتصالات آن انتخابی باقی می‌مانند و این کشف را تقویت کرده که LC از طریق مسیرهای سیگنالینگ با دقت سازماندهی شده عمل می‌کند.
درک جدیدی از نحوه یادگیری مغز
محققان همچنین شباهت‌های جذابی بین سیستم نوراپی نفرین و سیستم سیگنالینگ دوپامین مغز شناسایی کردند.
دوپامین یکی دیگر از پیام‌رسان‌های شیمیایی اصلی است که سیگنال‌هایی را به گانگلیون‌های پایه ارسال می‌کند؛ ناحیه‌ای از مغز که در شکل‌گیری عادات نقش دارد. دانشمندان گمان می‌کنند که دوپامین و نوراپی نفرین با هم کار می‌کنند تا از یادگیری پشتیبانی کنند و به طور بالقوه به مغز اجازه می‌دهند چندین مفهوم پیچیده و انتزاعی را همزمان کسب کند.
این تحقیق با آشکار کردن اتصالات پیچیده، عملکردهای تخصصی و ساختار فیزیکی غیرمعمول نورون‌ها در لوکوس سرولئوس، تصویر دقیق‌تری از نحوه ارتباط و یادگیری مغز حیوانات ارائه می‌دهد.
اگرچه این یافته‌ها حاصل آزمایش روی موش‌ها هستند، اما در نهایت می‌توانند به دانشمندان در درک بهتر عملکرد مغز انسان و طراحی درمان‌هایی که مدارهای عصبی خاص را هدف قرار می‌دهند، به جای تأثیر بر کل سیستم‌های سیگنالینگ، کمک کنند.