آیا در واقع مغز 2 سیستم عصبی با هم ساییده شده است؟ یک مطالعه جدید ادعا می کند که اینطور است.

تحقیقات اخیر یک ایده دیرینه در مورد چگونگی رشد مغز را به چالش می کشد: این مطالعه نشان می دهد که مغز به جای ایجاد یک منبع واحد، ممکن است از دو جمعیت متمایز از سلول ها بیرون بیاید.

کایل لوه، دانشیار زیست شناسی رشدی در دانشگاه استنفورد، می گوید: «مغز به عنوان یک اندام به نظر می رسد. لوه در ایمیلی به Live Science گفت: «با این حال، ما متوجه شدیم که قسمت جلویی مغز و قسمت پشتی مغز از منابع مختلفی می‌آیند، که به هم فشار می‌آورند تا ظاهر یک عضو واحد را ایجاد کنند.»

این یافته‌ها که در ماه سپتامبر در مجله Nature Neuroscience منتشر شد، نه تنها مدل‌های ثابت شده چگونگی شکل‌گیری مغز را به چالش می‌کشد، بلکه ممکن است توضیح دهد که چرا محققان برای رشد انواع خاصی از سلول‌های مغزی در آزمایشگاه تلاش کرده‌اند. دانشمندان می‌گویند این کار می‌تواند راه‌های جدیدی را برای بررسی بیماری‌هایی ارائه دهد که بر ساقه مغز تأثیر می‌گذارند، «ساقه» که مغز را به نخاع متصل می‌کند.

دو سفر تکاملی

مغز انسان به سه ناحیه اصلی تقسیم می شود - به نام های مغز جلو، مغز میانی و مغز عقب - که عملکردهای متفاوت اما به هم پیوسته ای را انجام می دهند.

مغز جلویی که شامل نیمکره های مغزی است، در فرآیندهای شناختی سطح بالاتری مانند زبان، برنامه ریزی و تفکر انتزاعی درگیر است. مغز میانی، بالاترین قسمت ساقه مغز، مغز جلویی و عقبی را به هم متصل می کند و به عنوان یک مرکز رله کلیدی برای اطلاعات حسی و کنترل حرکت عمل می کند. مغز عقب - که شامل پایین ساقه مغز، همراه با ساختارهای دیگر است - به هماهنگ کردن حرکت و همچنین تنظیم عملکردهای ضروری مانند تنفس، خواب و ضربان قلب کمک می کند.

از لحاظ تاریخی، مطالعه مغز عقبی دشوار بوده است. یکی از دلایل این است که دانشمندان با چالش‌های مداوم در تولید نورون‌های عملکردی مغز عقب در شرایط آزمایشگاهی مواجه شده‌اند.

برای کمک به درک علت، لوه و تیمش مراحل اولیه رشد جنینی در موش‌های آزمایشگاهی را بررسی کردند. آنها بر گاسترولاسیون تمرکز کردند، نقطه ای که سلول ها شروع به سازماندهی به ساختارهایی می کنند که بعدا اندام های مختلف را تشکیل می دهند. محققان دو جمعیت متمایز از سلول‌های نابالغ را شناسایی کردند که باعث ایجاد بافت سیستم عصبی از جمله مغز می‌شوند.

یک جمعیت سلولی ژنی به نام Otx2 را بیان کرد که به هدایت رشد اولیه پیش‌مغز و مغز میانی کمک می‌کند. گروه دوم سلول‌ها ژن Gbx2 را بیان کردند که در رشد مغز میانی و عقبی نقش دارد.

این عکس یک جنین موش 9.5 روزه را نشان می دهد و دو منشا رشد جداگانه مغز را به تصویر می کشد. مغز جلویی و بخشی از مغز میانی (آبی) ژن Otx2 را بیان می کند، در حالی که مغز عقبی و بقیه مغز میانی (قرمز) بیانگر Gbx2 هستند. جمعیت گلبول های قرمز به نخاع نیز گسترش می یابد. (اعتبار تصویر: Stanford Medicine) عملکرد این ژن ها قبلا شناخته شده بود، اما بیان متمایز آنها در این دو گروه از سلول ها توسط تحقیقات جدید آشکار شد.

جمعیت های سلولی متمایز باقی ماندند، زیرا به جای همپوشانی، به بافت عصبی کامل تبدیل شدند.

این تیم همچنین کروماتین را بررسی کردند، ساختار مولکولی که DNA را محکم در داخل هسته بسته بندی می کند و به تنظیم ژن هایی که یک سلول می تواند استفاده کند کمک می کند. این تیم دریافتند که دو جمعیت سلولی پیکربندی‌های کروماتین متفاوتی را نشان می‌دهند، که بیشتر از این ایده حمایت می‌کند که مسیرهای رشد جداگانه‌ای را دنبال می‌کنند.

این ممکن است به توضیح اینکه چرا تلاش‌های دانشمندان برای رشد نورون‌های مغز عقب تا حد زیادی ناموفق بوده است کمک کند.

Rayyan Jokhai، یکی از نویسندگان این مطالعه، دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه Loh در بیانیه ای گفت: «تلاش های قبلی برای ساختن نورون های مغز عقب احتمالا سعی داشتند اجداد مغز جلو و میانی را به سلول های مغز عقب جذب کنند، که مطالعه ما نشان می دهد امکان پذیر نیست.

چرا مهم است

محققان با استفاده از اطلاعات کشف‌شده در آزمایش‌های خود، سلول‌های بنیادی انسانی را با موفقیت هدایت کردند تا به نورون‌های حرکتی مغز عقبی که در کنترل حرکت نقش دارند تبدیل شوند. به طور خاص، این سلول‌ها پروتئین‌هایی را تولید می‌کنند که مشخصه‌های مربوط به مناطق سخت به رشد مغز عقب هستند که به کنترل ماهیچه‌های صورت و آنهایی که در بلع دخیل هستند کمک می‌کند.

در چندین بیماری عصبی، از جمله آتروفی عضلانی نخاعی و اسکلروز جانبی آمیوتروفیک، نورون‌های حرکتی بدتر می‌شوند و بیماران مبتلا می‌توانند توانایی بلع، صحبت کردن و تنفس مستقل خود را از دست بدهند.

لوه گفت: «ما نمی‌توانیم نورون‌های حرکتی زنده را از مغز عقبی بیمار نمونه‌برداری کنیم تا ببینیم چگونه این بیماری‌ها به این نورون‌ها حمله می‌کنند. رشد این نورون‌های حرکتی مغز عقب در یک ظرف راهی برای بررسی این بیماری‌ها به ما می‌دهد. با نگاه به آینده، این تیم قصد دارد از یافته‌های خود برای مطالعه این بیماری‌ها و مشخص کردن درمان‌های جدید استفاده کند.

یافته های جدید همچنین می تواند چیزی اساسی را در مورد تکامل حیوانات مهره دار نشان دهد.

نویسندگان مطالعه بررسی کردند که آیا این دو مسیر تکاملی منحصر به انسان هستند یا منعکس کننده یک ترتیب تکاملی بسیار قدیمی تر هستند. آنها به داده های منتشر شده قبلی در مورد گونه های دیگر - از جمله ماکاک (ماکاکا)، گورخرماهی (Danio rerio) و مرغ (Gallus gallus domesticus)- روی آوردند و دوباره دو جمعیت سلولی متمایز را یافتند که دو ژن کلیدی را بیان می کردند.

و حتی در کرم‌های بلوط - بی‌مهرگان دریایی که تکاملش از مهره‌داران حدود 550 میلیون سال پیش متفاوت بود - دوباره این دو گروه متمایز از سلول‌ها را پیدا کردند.

داستان های مرتبط

جیم الخلیلی در «رازهای مغز» به بررسی 600 میلیون سال تکامل مغز می پردازد تا بفهمد چه چیزی ما را انسان می کند.

مغزها همیشه پوسیده نمی شوند: دانشمندان ممکن است سرانجام بدانند که چگونه مغز انسان هزاران سال از پوسیدگی فرار کرده است.

اگر انسان‌ها باهوش‌تر می‌شوند، چرا مغز ما کوچک می‌شود؟

آنا دی کاسمو، استاد زیست شناسی در دانشگاه ناپل فدریکو دوم ایتالیا که در این مطالعه شرکت نداشت، می گوید: «کشف استنفورد نشان می دهد که اصل و نسب عمیق مغز مهره داران اساسا مدولار است. Cosmo در ایمیلی به Live Science گفت: «تفاوت تکاملی بین دودمان قدامی (جلو مغز/مغز میانی) و دودمان خلفی (مغز عقبی) بسیار قدیمی است.

تیم Loh حدس می‌زند که این مسیرهای رشدی که در رحم مشاهده می‌شود ممکن است نشان دهد که این دو جمعیت سلولی زمانی به دو سیستم عصبی مجزا تعلق داشتند. لوه گفت: «بعدا در تکامل، این دو سیستم عصبی ممکن است به هم فشار داده شده باشند تا ظاهر یک مغز یکپارچه را ایجاد کنند.

با این حال، این مطالعه دقیقا نشان نمی‌دهد که این دو مسیر دقیقا چه زمانی ایجاد شده‌اند یا نحوه ادغام آنها را مشخص نمی‌کند. لوه گفت: تاکید بر این نکته مهم است که این فقط یک ایده است و ممکن است با یادگیری بیشتر دانشمندان تغییر کند.

با آزمون مغز ما ببینید چقدر در مورد پیچیده ترین عضو بدن انسان می دانید!