Home / اکتشاف عصبی / برنامه ریزی مجدد شبکه عصبی مغز با پرتو باریکی از نور

برنامه ریزی مجدد شبکه عصبی مغز با پرتو باریکی از نور

smartneurons

نوروسافاری| نورون هایی که به همدیگر شلیک می کنند در نهایت به هم متصل می شوند.

 در آخرین شماره مجله Science دانشمندان علوم اعصاب در دانشگاه کلمبیا نشان دادند که دسته ای از نورون ها که تمرین داده می شوند تا با همدیگر شلیک کنند در صورت تحریک  تنها یک نورون در شبکه؛ طی یک روز بعد این دسته نورونها می توانند به همان اندازه مجددا فعال شوند. اگرچه نیاز به تحقیق بیشتری وجود دارد ولی یافته های آنها نشان می دهد که گروه نورون های فعال شده می توانند بلوک های ساختاری اساسی یادگیری و حافظه را تشکیل دهند. فرضیه ای که در سال ۱۹۴۰ توسط روانشناسی به نام دونالد هب مطرح گردید. مولف ارشد مقاله دکتر رافائل یوسته استاد علوم اعصاب دانشگاه کلمبیا بیان کرد: من همیشه تصور می کردم که مغز عمدتا دارای سیم کشی های بسیاری است اما وقتی نتایج را مشاهده کردم متعجب شدم . ما با یک کامپیوتر پلاستیکی سر و کار داریم که دائما در حال یادگیری و تغییر است.

به گزارش نوروسافاری به نقل از وبسایت دانشگاه کلمبیا، محققان با استفاده از ابزار اپتوژنتیک که علوم اعصاب را در دهه اخیر متحول کرده است  توانستند فعالیت مغز یک موش زنده را کنترل و مشاهده نمایند. آنها ویروسی حاوی پروتئین های حساس به نور که جهت دسترسی به سلول های مغزی خاصی طراحی شده بود را به موش تزریق کردند. در داخل سلول، پروتئین ها به محققان اجازه می دهند تا نورون های دارای پروتئینهای حساس به نور را از راه دور فعال نمایند مانند زمانی که تلویزیون را روشن می کنید.

در حالی که سر موش هنوز زیر میکروسوکپ قرار دارد به او اجازه داده می شود تا آزادانه روی تردمیل بدود. محققان با یک لیزر،  پرتو نوری را از طریق جمجمه می تابانند تا گروه کوچکی از سلول ها در قشر بینایی را تحریک کنند. با یک لیزر ثانویه آن ها سطوح افزایش یافته کلسیم در هر نورون را به هنگام شلیک نورونی ثبت کردند و بنابراین فعالیت هر سلول را به طور جداگانه تصویر برداری نمودند.

قبل از ابداع اپتوژنتیک دانشمندان مجبور بودند تا استخوان جمجمه را باز کرده و الکترودها را در بافت زنده قرار دهند تا بتوانند نورون ها را با الکتریسیته تحریک نموده و پاسخ خود را ارزیابی نمایند. حتی یک مغز موش با ۱۰۰ میلیون نورون ، حدود یک هزارم میزان نورون های ما، نیز جهت مشاهده نزدیک گروه های نورونی بسیار متراکم است.

اپتوژنتیک به محققین اجازه داد تا به طور غیر تهاجمی به درون مغز راه یابند و آن را بسیار دقیق تر کنترل نمایند. در طول دهه گذشته محققان،  بینایی و شنوایی را به موش های نابینا و ناشنوا برگرداندند و از موشهای معمولی موش متهاجم ساختند و همه اینها با دستکاری مناطق خاصی در مغز میسر شده است.

پیشرفت عظیمی که به محققین اجازه داد دسته خاصی از سلول های مغز را دوباره برنامه ریزی کنند نتایج بیش از یک دهه تلاش بود. یوسته و همکارانش با استفاده از نمونه بافتی قشر بینایی موش در مقاله ای در مجله Nature در سال ۲۰۰۳ نشان دادند که نورونها در شبکه های کوچک به طور هماهنگ با یکدیگر شلیک می کنند و این نورون ها را دسته نورونی نامید. یک سال بعد آنها اثبات کردند که این گروه نورونی در طول زمان با الگوی ترتیبی شلیک می کنند.

با بهبود یافتن تکنیک های کنترل و مشاهده سلول ها در حیوانات زنده آنها متوجه شدند که این دسته های نورونی حتی بدون تحریک هم فعال هستند. آنها از این اطلاعات جهت بهبود الگوریتم های ریاضی برای یافتن این دسته های نورونی در قشر بینایی بهره بردند. سپس همانطور که قبلا در نمونه های بافتی نشان داده بودند توانستند نشان دهند که این دسته های نورونی در حیوانات زنده نیز طبق الگوهای زنجیره ای یکی پس از دیگری و پشت سر هم شلیک می کنند.

استفاده همزمان از تکنولوژی تحریک دو فوتونی (two-photon stimulation) و تصویر برداری کلسیم دو فوتونی (two-photon calcium imaging) این امکان را برای محققین فراهم آورد تا اثبات کنند چگونه یک سلول به تنهایی به تحریک نور پاسخ می دهد.

از آنجایی که در مطالعات قبلی تنها سلول ها را به طور جداگانه مورد هدف قرار داده و شرح داده بودند، هیچ یک این مساله را اثبات نکرده بودند که دسته ای از نورونها می توانند با یکدیگر شلیک نمایند تا در مغز یک حیوان زنده اثر بگذارند که آن را ریز مدار های نورونی “neuronal microcircuit” نامیدند.

یوسته بیان کرد: اگر شما یک سال قبل به من می گفتید که ما می توانیم ۲۰ نورون در مغز یک موش دارای ۱۰۰ میلیون نورون را تحریک نماییم و رفتار حیوان عوض می شود، من جواب می دادم که امکان ندارد.

محققان تصور می کنند که شبکه نورون های فعال شده ای که آنها به طور مصنوعی ایجاد کرده اند ممکن است تصویری کاملا نا آشنا برای موش ایجاد نماید. اکنون آن ها در حال پیشبرد یک مطالعه رفتاری برای آزمایش و اثبات این مطلب هستند.

لوییس کاریلو رید نویسنده اول و محقق پست دکترا در کلمبیا بیان کرد: تصور ما بر آن است که روشهای خواندن و ایجاد فعالیت درون مغز زنده تآثیر بنیادین بر علوم اعصاب و پزشکی خواهد گذاشت.

دکتر دانیل جاویت استاد روانپزشکی در مرکز پزشکی دانشگاه کلمبیا که در این مطالعه دخیل نمی باشد می گوید: این کار به طور بالقوه می تواند برای بازگرداندن الگوهای ارتباطی طبیعی در مغز افراد مبتلا به صرع و دیگر اختلالات مغزی مورد استفاده قرار گیرد. البته قبل از آن که تکنیک های اپتوژنتیک قابل استفاده برای انسان باشد باید بر برخی دشواری های تکنیکی اساسی غلبه کرد.

ترجمه و تلخیص: مهدی هوشمندی – وبسایت نوروسافاری

لینک گزارش این پژوهش در ژورنال ساینس:

Imprinting and recalling cortical ensembles

لینک گزارش این پژوهش در وبسایت دانشگاه کلمبیا:

Researchers “Reprogram” Network of Brain Cells with Thin Beam of Light

 

بیشتر بخوانید:  موش هایی که با دریافت سلول های مغزی انسان باهوش تر شده اند

Check Also

۱۹ حقیقت باور نکردنی درباره رابطه جنسی و عشق/نقش عملکردهای مغزی

نوروسافاری | در این مقاله ۱۹ حقیقت جالب توجه در مورد عشق و رابطه جنسی …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *