پایان معمای دیرینه در علوم اعصاب؛ مغز بزرگسالان نیز می‌تواند سلول‌های عصبی جدید بسازد

محققان در مطالعه‌ای تازه، شواهدی واضح را کشف کرده‌اند که می‌تواند به یکی از بحث‌برانگیزترین معماهای دیرینه در دنیای نوروساینس خاتمه دهد. این شواهد نشان می‌دهد که مغز انسان می‌تواند تا بزرگسالی نیز به ساخت نورون‌های جدید ادامه دهد. این رشد جدید نورونی یا «عصب‌زایی» در هیپوکامپ رخ می‌دهد؛ بخشی کلیدی از مغز که در یادگیری، حافظه و احساسات نقش دارد.

مارتا پاترلینی، یکی از نویسندگان اصلی مطالعه و محقق در مؤسسه‌ی کارولینسکای استکهلم، در ایمیلی به لایوساینس گفت: «به‌طور خلاصه، کار ما به بحث طولانی‌مدت درباره اینکه آیا مغز انسان بزرگسال می‌تواند نورون‌های جدید بسازد، پایان می‌دهد.»

محققان با بهره‌گیری از تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند توالی‌یابی RNA تک‌هسته‌ای و یادگیری ماشین، نمونه‌های بافت مغز انسان را که از بانک‌های زیستی بین‌المللی جمع‌آوری شده بود، دسته‌بندی و بررسی کردند. RNA نشان‌دهنده‌ی ژن‌های فعال درون سلول است و با بررسی آن می‌توان فهمید کدام ژن‌ها در حال بیان هستند. در این تحقیق، از توالی‌یابی RNA تک‌هسته‌ای برای تحلیل فعالیت سلولی استفاده شده است. همچنین، یادگیری ماشین به‌عنوان ابزار هوش مصنوعی برای پردازش و تفسیر داده‌های پیچیده به‌کار رفته تا الگوهای بیان ژن‌ها با دقت بیشتری شناسایی شود.

محققان از دهه‌ی ۱۹۶۰ می‌دانستند که موش‌ها، موش‌های صحرایی و برخی نخستی‌سانان غیرانسانی، در طول زندگی خود نورون‌های جدید در ناحیه دنتِیت ژایروس از هیپوکامپ تولید می‌کنند. اما دسترسی به نمونه‌های بافت مغزِ با کیفیت از انسان‌های بالغ، کاری بسیار دشوار است.

پاترلینی گفت: «نمونه‌های بافت انسانی از کالبدشکافی یا عمل‌های جراحی به دست می‌آید، بنابراین نحوه‌ی نگهداری آن‌ها، مدت‌زمانی که تا تثبیت در مواد نگهدارنده طی می‌شود، نوع مواد شیمیایی مورد استفاده یا ضخامت برش‌های بافتی، می‌تواند سلول‌های تازه‌تولیدشده را از دید پنهان کند.» اکنون به‌کارگیری فناوری‌های نوین به تیم تحقیقاتی کمک کرد تا بر این چالش غلبه کنند.

محققان بیش از ۴۰۰هزار هسته‌ی منفرد از سلول‌های هیپوکامپ متعلق به ۲۴ فرد را تجزیه‌وتحلیل کردند و همچنین ۱۰ مغز دیگر را با روش‌های متفاوت مورد بررسی قرار دادند. نمونه‌ها از افرادی در بازه‌ی سنی صفر تا ۷۸ سال، از جمله ۶ کودک و چهار نوجوان بودند.

تیم تحقیقاتی با استفاده از دو روش تصویربرداری پیشرفته، محل قرارگیری سلول‌های جدید در بافت را نقشه‌برداری کرد. آن‌ها گروه‌هایی از سلول‌های پیش‌ساز در حال تقسیم را مشاهده کردند که در کنار نورون‌های بالغ جای داشتند؛ یعنی همان نواحی که مطالعات حیوانی نیز نشان داده‌اند سلول‌های بنیادی بزرگسالی در آن‌ها حضور دارند.

پاترلینی گفت: «ما سلول‌های پیش‌ساز در حال تقسیم را نه‌تنها در نوزادان و کودکان خردسال، بلکه در نوجوانان و بزرگسالان نیز مشاهده کردیم. این سلول‌ها شامل سلول‌هایی بنیادی هستند که می‌توانند خود را بازتولید کنند و به سایر سلول‌های مغزی تبدیل شوند.» راتان افزود: «فناوری‌های نوین به محققان امکان داد تا سلول‌های مغزی جدید را در مراحل مختلف رشد شناسایی کنند و تحقیقاتی را انجام دهند که تا چند سال پیش ممکن نبود.»

تیم تحقیقاتی همچنین از نشانگرهای فلورسنت برای علامت‌گذاری سلول‌های در حال تکثیر استفاده کرد. این کار به آن‌ها امکان داد تا الگوریتمی بر پایه‌ی یادگیری ماشین توسعه دهند که قادر بود سلول‌هایی را که براساس مطالعات قبلی روی جوندگان، به سلول‌های بنیادی عصب‌زا تبدیل می‌شوند، شناسایی کند. راتان این روش را «رویکردی هوشمندانه» برای غلبه بر چالش‌های مطالعه‌ی شکل‌گیری سلول‌های مغزی در نوجوانان و بزرگسالان توصیف کرد.

همون‌طور که انتظار می‌رفت، مغز کودکان نسبت به مغز نوجوانان یا بزرگسالان سلول‌های مغزی جدید بیشتری تولید می‌کرد. در همین حال، ۹ مورد از ۱۴ مغز بزرگسال که با یکی از روش‌ها تحلیل شدند، نشانه‌هایی از عصب‌زایی نشان دادند، در حالی که هر ۱۰ مغز بزرگسال که با روش دوم بررسی شدند، دارای سلول‌های جدید بودند. پاترلینی در مورد معدود مغزهایی که فاقد سلول‌های جدید بودند گفت هنوز برای نتیجه‌گیری درباره‌ی تفاوت میان مغزهایی که شواهدی از سلول‌های جدید دارند و آن‌هایی که ندارند، بسیار زود است.

یافتن سلول‌های جدید سخت بود؛ اما زمانی که مکان آن‌ها مشخص و نحوه‌ی تنظیم و عملکردشان درک شود، امکان مطالعه‌ی بیشتر درباره‌ی مسیر پیشرفت آن‌ها در طول زمان فراهم می‌شود. این دانش می‌تواند به بررسی ارتباط این سلول‌های پیش‌ساز با بیماری‌های عصبی کمک کند. برای مثال، می‌توان مغز افراد مبتلا به زوال عقل را با مغز افرادی که در پیری همچنان از توانایی شناختی بالایی برخوردارند مقایسه کرد. اگر ارتباطی میان عصب‌زایی و بیماری آشکار شود، این مسیر ممکن است به ابداع درمان‌های نوین منجر شود.

پاترلینی در پایان گفت: «با اینکه راهکارهای درمانی مشخص برای انسان‌ها همچنان در حال بررسی هستند، همین واقعیت که مغز بزرگسالان می‌تواند نورون‌های جدید بسازد، دیدگاه ما را نسبت به یادگیری مادام‌العمر، بازیابی پس از آسیب و ظرفیت‌های ناشناخته‌ی انعطاف‌پذیری عصبی دگرگون می‌سازد.»

یافته‌های مطالعه در ژورنال ساینس منتشر شده است.