توانایی غیرمنتظره مغز شما برای بازسازی و نحوه مهار آن

به مدت هفت سال، ایونوت دومیترو، زیست شناس مولکولی و همکارانش، کاری را انجام دادند که به نظر طاقت فرساترین بازی پنهانکاری در جهان بود.

با این حال، آنها به جای نگاه کردن به اطراف درها یا زیر تخت، بافت مغز را در آزمایشگاهی در مؤسسه کارولینسکا در سوئد بررسی می کردند و به دنبال چیزی بودند که مدت هاست عصب شناسان از آن طفره می رفتند: مدرکی ملموس مبنی بر اینکه مغز بالغ می تواند نورون های جدیدی را از طریق فرآیندی به نام نوروژنز تشکیل دهد. دانشمندان دهه ها را صرف بحث در مورد امکان پذیر بودن این موضوع کرده اند. به محض اینکه یک مقاله سرنخ‌های مثبتی پیدا کرد، مقاله دیگر اصلا هیچ نتیجه‌ای نداشت.

اما به نظر می رسد که جستجو در نهایت ممکن است به پایان برسد. مجموعه‌ای از یافته‌های جدید، از جمله یافته‌های دومیترو و تیمش، شواهد تقریبا قطعی را نشان داده‌اند که نوروژنز بزرگسالان در هیپوکامپ انسان، بخشی از مغز مرکزی برای یادگیری و حافظه رخ می‌دهد. این کشف ما را وادار می کند تا در مورد فرضیات دیرینه در مورد ضروری ترین اندام خود، از نحوه عملکرد تا تغییر آن با افزایش سن، تجدید نظر کنیم.

حتی هیجان انگیزتر این است که نوروژنز بالقوه برای بازسازی مغز وجود دارد. برخی از مخرب ترین شرایط پزشکی ما، از جمله آلزایمر، سکته مغزی و اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS)، شامل مرگ نورون ها در مقیاس عظیم است. اگر مغز قادر به جایگزینی برخی از آن نورون های از دست رفته باشد، ممکن است بتوانیم این توانایی را مهار و تقویت کنیم و نوروژنز را برای کمک به درمان بیماری های عصبی که در حال حاضر غیر قابل درمان هستند، تحریک کنیم.

هانگجون سونگ، عصب شناس دانشگاه پنسیلوانیا، می گوید: «برای بسیاری از ما، ما فکر می کنیم که این سوال دیگر این نیست که آیا وجود دارد یا نه. "این است، چگونه می توانیم از آن استفاده کنیم؟"

نورون‌ها پیام‌رسان‌های کلیدی مغز هستند و سیگنال‌هایی را که زیربنای اصلی‌ترین عملکردهای ما هستند، از حرکت و صحبت گرفته تا تفکر و رویا، انتقال می‌دهند. آنها زمانی شکل می‌گیرند که یک سلول بنیادی - که می‌تواند به انواع دیگر سلول‌ها تبدیل شود - به یک سلول پیش‌ساز «والد» تبدیل می‌شود که سپس یک نورون نابالغ را به دنیا می‌آورد که در نهایت بالغ می‌شود.

دانشمندان مدتها بر این باور بودند که این فرآیند فقط در دوران رشد در رحم و تا حدی در دوران کودکی و نوجوانی انجام می شود. به عبارت دیگر، انسان‌ها اساسا با تمام نورون‌هایی که تا به حال داشتند به دنیا آمدند. مغز به طرق مختلف در طول زندگی فرد تغییر می کند - ایجاد اتصالات جدید بین نورون ها و حذف آنهایی که دیگر ضروری نیستند - اما قرار نیست نورون های جدید به دست بیاورد. یا حداقل، اینطور فکر می کردیم.

در اوایل دهه 1960، جوزف آلتمن، زیست‌شناس در موسسه فناوری ماساچوست، با جستجوی نشانه‌هایی از نوروژنز در موش‌های صحرایی بالغ مخالف این کار بود. او یک ردیاب رادیواکتیو که برای ردیابی تقسیم سلولی استفاده می‌شود به حیوانات تزریق کرد، سپس سلول‌های حامل آن را در مغز جوندگان شناسایی کرد که به نظر می‌رسد نورون‌های تازه تولید شده‌ای هستند.

اما این یافته به طور گسترده توسط جامعه علوم اعصاب مورد بررسی قرار گرفت. فرد «راستی» گیج، عصب شناس در موسسه مطالعات بیولوژیکی سالک در کالیفرنیا، می گوید: این ایده که نوروژنز بزرگسالان غیرممکن است، «واقعا در ادبیات علمی گنجانده شده بود.

آلتمن ظاهرا منصرف نشده بود و یافته های خود را در مغز موش های دیگر و سپس گربه ها تکرار می کرد. محققان دیگری در نهایت به آن ملحق شدند و نوروژنز بالغ را در گونه هایی مانند قناری ها و میمون ها پیدا کردند و کشف کردند که به نظر می رسد نقشی در یادگیری و حافظه بازی می کند - برای مثال به پرندگان کمک می کند آهنگ های جدید را یاد بگیرند.

اما اینکه آیا مغز انسان نورون‌های جدید را نیز پمپاژ می‌کند، یک سوال باز باقی مانده است. شما نمی توانید از نظر اخلاقی جمجمه یک فرد زنده را باز کنید و در بافت مغز او حفر کنید.

گیج و همکارانش راه حلی مبتکرانه برای این مشکل پیدا کردند. در دهه 1990، برخی از افرادی که تحت درمان سرطان قرار داشتند، تزریق یک ماده شیمیایی به نام BrdU را دریافت کردند که سلول‌های در حال تقسیم را نشان می‌داد تا پزشکان بتوانند شیوع بیماری را کنترل کنند. وقتی 5 بیمار از این قبیل مردند، گیج و همکارانش توانستند مغز آنها را کالبد شکافی کنند. ببینید، آنها BrdU را در سلول های هیپوکامپ یافتند - نشانه ای از نوروژنز.

مشکل اینجاست که BrdU گاهی اوقات می‌تواند سلول‌هایی را که در حال تعمیر هستند، نه لزوما تقسیم، پرچم‌گذاری کند. و مطالعات بعدی که از نشانگرهای مختلف استفاده کردند، در سراسر نقشه به نتایجی رسیدند. برخی از آنها تقریبا هیچ نوروژنز در مغز بزرگسالان را نشان ندادند. دیگران، که هیپوکامپ بالغ هر روز 700 نورون جدید اضافه می کند، که همتراز با مغز یک مغز بسیار جوان است.

بنابراین، سانگ و همکارانش پیشگام رویکرد متفاوتی بودند. آنها به جای جستجوی نورون های نابالغ تنها با یک یا دو نشانگر، مشخصات ژنتیکی کامل تک تک سلول های مغز را تجزیه و تحلیل کردند و ویژگی های ژنتیکی سلول های تازه تولید شده را جستجو کردند. آنها نورون های نابالغ را در افرادی که در تمام مراحل زندگی، حتی تا سن 92 سالگی مرده بودند، کشف کردند.

اما مشاهده یک نورون جوان هنوز برای اثبات اینکه مغز بالغ در حال تولید نورون های جدید است کافی نیست. نورون ها می توانند برای مدت طولانی در حالت نابالغ باقی بمانند، شاید حتی یک طول عمر کامل. این پیتر پن های مغز لزوما در بزرگسالی ایجاد نمی شوند. آنها فقط بزرگ نمی شوند

چالش واقعی در اثبات وقوع نوروژنز بزرگسالان، ثبت هر مرحله از فرآیند بود - و یکی از آنها گریزان ماند. دومیترو می گوید: «هیچ کس اجداد در حال تکثیر را شناسایی نکرده بود. آنها می‌توانستند نورون‌های نابالغ را شناسایی کنند، شاید سلول‌های بنیادی را شناسایی کنند - بنابراین سلول‌هایی که در ابتدا و انتهای مسیر هستند - اما هیچ‌کس سلول‌های در حال تکثیر را شناسایی نکرد.

دومیترو و همکارانش برای شناسایی این سلول‌ها، که در واقع نورون‌های جدیدی را به دنیا می‌آورند، تقریبا 400000 سلول مغزی را از هیپوکامپی افرادی که بین نوزادی و بزرگسالی مرده بودند، تجزیه و تحلیل کردند. آنها از یک مدل یادگیری ماشینی - نوعی هوش مصنوعی - برای مشخص کردن الگوهای ژنتیکی که در اجداد حیوانات و نوزادان در حال رشد دیده می‌شود، استفاده کردند.

محققان وقتی اولین چند اجداد را دیدند تقریبا نمی توانستند آن را باور کنند. مارتا پاترلینی، یکی از اعضای تیم، زیست شناس مولکولی در موسسه کارولینسکا، می گوید: «قانع کردن خودمان بسیار سخت بود.

اما پس از سال‌ها آزمایش و آزمایش مجدد، بالاخره احساس کردند که جستجویشان به پایان رسیده است. آنها فقط حدود 350 سلول پیش ساز را پیدا کردند - و این سلول ها در تمام مغزهای نمونه گیری شده وجود نداشتند. اما دومیترو می‌گوید با یافتن هر یک از آنها، «نشان دادیم که نوروژنز فعالی در هیپوکامپ وجود دارد». "این را نمی توان به چالش کشید."

با این تفاوت که، خوب، برخی از دانشمندان هنوز این کار را انجام می دهند. آرتورو آلوارز-بویلا، عصب‌بیولوژیست رشدی در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو، متقاعد نشده است که مدل‌های یادگیری ماشینی بتوانند انواع سلول‌ها را به‌طور قابل اعتمادی دسته‌بندی کنند. او می‌گوید تنها راه برای دانستن اینکه نوروژنز بزرگسالان اتفاق می‌افتد، ردیابی یک سلول بنیادی است که به نورون تبدیل می‌شود - کاری تقریبا غیرممکن برای یک انسان زنده.

اما بدبینانی مانند آلوارز-بویلا به طور فزاینده ای خود را خارج از یک اجماع ادغام می یابند. حداقل 38 کارآزمایی بالینی مرتبط با نوروژنز بزرگسالان در حال انجام است. ساندرین تورت، عصب شناس در کالج کینگ لندن، می گوید: «اینجاست. «بحث جدید این است که برای چیست؟»

یکی از اولین سرنخ‌ها برای پاسخ به این سؤال از این واقعیت ناشی می‌شود که نوروژنز بزرگسالان تقریبا منحصر به هیپوکامپ، مرکز یادگیری و حافظه مغز است. این منطقه بسیار پلاستیکی است، به این معنی که به راحتی می تواند خود را سازماندهی کند و ارتباطات جدید ایجاد کند، و به ما کمک می کند اطلاعات جدید را دریافت و به خاطر بسپاریم.

در مطالعه ای که در اوایل سال جاری انجام شد، اورلی لازاروف، عصب شناس در کالج پزشکی دانشگاه ایلینویز و همکارانش دریافتند که نوروژنز ممکن است در این فرآیند نقش داشته باشد. آنها نمونه‌های هیپوکامپ پس از مرگ را از بزرگسالان مبتلا به آلزایمر و بزرگسالان بدون آسیب‌های شناختی، از جمله «سوپراگرها» - افراد هشتاد ساله یا بزرگ‌تر که در تست حافظه از بزرگسالان جوان‌تر بهتر بودند، بررسی کردند. به طور متوسط، سوپراجرها تقریبا دوبرابر تعداد نورون های نابالغ در هیپوکامپ خود نسبت به بزرگسالان بدون اختلالات شناختی داشتند. افراد مبتلا به آلزایمر تقریبا اصلا نداشتند.

این یافته نشان می دهد که نوروژنز ارتباط نزدیکی با شناخت دارد و حتی ممکن است از زوال آن جلوگیری کند. برخی از سوپراگرها با تعداد زیادی نورون نابالغ نیز علائم آلزایمر را در مغز خود نشان دادند، از جمله پلاک‌ها و گره‌های مشخصه این بیماری. لازاروف می‌گوید: «این امکان وجود دارد که نوروژنز تقویت‌شده به مغز اجازه می‌دهد تا آنچه را که در غیر این صورت به زوال شناختی کمک می‌کند دور بزند یا بر آن غلبه کند.

چندین مطالعه در سال گذشته همچنین نشان داده اند که نوروژنز در شرایط دیگری مانند پارکینسون و افسردگی مختل می شود. یافته اخیر از آزمایشگاه رنه هن، عصب شناس در دانشگاه کلمبیا، نیویورک که 20 سال گذشته را صرف درک ارتباط بین نوروژنز و افسردگی کرده است، به دست آمده است.

علاقه او پس از مواجهه با مطالعه ای شروع شد که نشان داد موش هایی که داروهای ضد افسردگی مصرف کرده بودند، میزان نوروژنز را افزایش دادند. هن که کنجکاو بود که آیا این می تواند توضیح دهد که چگونه داروهای ضدافسردگی کار می کنند یا نه، آزمایش بعدی را انجام داد و متوجه شد که اگر مغز جوندگان را برای توقف تولید نورون های جدید دستکاری کند، آنها نیز به داروهای ضد افسردگی پاسخ نمی دهند. هن قلاب شده بود و از آن زمان در حال بررسی این پیوند است.

او و همکارانش نشان داده‌اند که حداقل در حیوانات، نوروژنز هیپوکامپ برای جداسازی الگو بسیار مهم به نظر می‌رسد - توانایی تمایز بین اشیاء، موقعیت‌ها و احساسات مختلف و به خاطر سپردن آنها به درستی. این فرآیند در افسردگی، و همچنین سایر شرایط روانپزشکی که در آن نوروژنز ممکن است به اشتباه پیش برود، مانند اسکیزوفرنی و اختلال دوقطبی، مختل می شود. هن می‌گوید، ممکن است توضیح دهد که چرا افراد مبتلا به افسردگی می‌توانند به تعمیم بیش از حد تمایل داشته باشند، برای مثال، تفسیر یک روز بد به عنوان مدرکی مبنی بر اینکه اوضاع همیشه بد خواهد بود.

مانند بیماری آلزایمر، این شرایط سلامت روان نیز با حجم های کوچکتر هیپوکامپ مرتبط است. به گفته هن، در حالی که احتمالا عوامل متعددی در این امر نقش دارند، ممکن است اختلال در نوروژنز یکی از آنها باشد.

بنابراین، یافتن راهی برای تحریک نوروژنز می‌تواند یک رویکرد درمانی امیدوارکننده باشد. چندین مطالعه نشان داده اند که داروهای موجود، مانند داروهای ضد افسردگی و داروی دیابت متفورمین، می توانند نوروژنز را تحریک کنند.

اما می‌تواند راه‌های پیشرفته‌تری برای دستکاری فرآیند وجود داشته باشد. به عنوان مثال، اگر بتوانیم مشخص کنیم که چرا سوپراگرها نوروژنز را افزایش داده اند و چرا به نظر می رسد محافظت کننده است، به طور بالقوه می توانیم درمان هایی را توسعه دهیم که این اثرات را تقلید کنند. لازاروف می‌گوید: «شاید بتوانیم نوعی سپر [در برابر زوال شناختی] فراهم کنیم.

مهار نوروژنز حتی می‌تواند شرایطی را که مستقیما در آن دخیل نیست، مانند آسیب‌های مغزی یا سکته را درمان کند. یک مطالعه در سال 2025 نشان داد که پیوند سلول‌های پیش‌ساز عصبی به مغز موش‌ها پس از سکته منجر به تولید نورون‌های جدید شد و به حیوانات کمک کرد تا حرکت از دست رفته را بازیابند.

با این حال، تعیین اینکه آیا هر مداخله نوروژنز موثر است یا خیر، سالها طول می کشد، و در صورت انجام، حتی بیشتر طول می کشد تا آنها را به بازار عرضه کنند. سانگ و تیمش در تلاش هستند تا با توسعه مدل های مینیاتوری یا ارگانوئیدهای هیپوکامپ انسان، این روند را تسریع بخشند. سانگ می‌گوید از آنجایی که این ارگانوئیدها آنچه را که در مغز انسان زنده اتفاق می‌افتد با دقت بیشتری نسبت به مدل‌های حیوانی ثبت می‌کنند، می‌توانند شناسایی درمان‌هایی را که نوروژنز را تقویت می‌کنند، آسان‌تر کنند. محققان دیگر در تلاشند تا با اهداف مشابه، تکنیک‌های تصویربرداری غیرتهاجمی مغز را برای اندازه‌گیری نوروژنز در افراد زنده توسعه دهند.

ممکن است مداخلات ساده تری نیز وجود داشته باشد. تورت می گوید: «سبک زندگی راهی آسان برای تعدیل، به طور بالقوه، نوروژنز است.

ورزش ممکن است یکی از راه های تقویت نوروژنز در بزرگسالی باشد

تحقیقات طولانی مدت نشان داده است که نوروژنز در موش‌ها هنگامی که از نظر ذهنی تحریک می‌شوند، مانند داشتن هم اتاقی یا اسباب‌بازی‌های سرگرم‌کننده در قفس، افزایش می‌یابد. افراد ممکن است به طور مشابه از فعالیت های غنی مانند معاشرت یا یادگیری یک مهارت جدید بهره مند شوند.

ورزش نیز حداقل در مورد جوندگان نویدبخش است. گیج و همکارانش دریافتند که وقتی موش‌های بالغ روی چرخ‌های ورزشی می‌دوند، نورون‌های نابالغ بیشتری نسبت به جوندگان بی‌تحرک تولید می‌کنند. آنها همچنین در مسیریابی در پیچ و خم کار بهتری انجام می دهند که نشان دهنده عملکرد شناختی افزایش یافته است.

تورت کنجکاو بود که آیا همین امر می تواند برای انسان ها نیز صادق باشد. بنابراین اوایل امسال، او و تیمش سلول‌های بنیادی هیپوکامپ انسانی را در معرض سرم خون بزرگسالانی قرار دادند که یک برنامه ورزشی سه ماهه را تکمیل کرده بودند و آن‌هایی که این کار را نکرده بودند. اما به جای تحریک نوروژنز، خون از ورزشکاران در واقع تعداد سلول های بنیادی آماده تبدیل شدن به نورون های جدید را کاهش داد.

تورت هنوز در تلاش است تا معنای این را کشف کند. اما با توجه به اینکه به خوبی ثابت شده است که ورزش برای سلامت مغز مفید است، ممکن است لزوما یک نتیجه منفی نباشد. او می‌گوید این امکان وجود دارد که فعالیت بدنی به تنظیم سرعت تبدیل سلول‌های بنیادی به نورون‌ها کمک کند و برخی را برای رشد آینده ذخیره کند.

شهودی است که فکر کنیم اگر نوروژنز آسیب دیده بد است، افزایش آن تا 11 خوب است. تورت می گوید، اما نوروژنز بیش از حد می تواند نتیجه معکوس داشته باشد. سرطان، بیماری رشد سلولی کنترل نشده، نمونه بارز این است که چگونه بیشتر در بدن انسان همیشه بهتر نیست.

این تنها یکی از دلایلی است که چرا افزایش بی رویه نوروژنز احتمالا یک گزینه درمانی مناسب نیست. تورت می‌گوید به احتمال زیاد درمان‌های آینده هدفمند هستند و نوروژنز را به روش‌های مختلف و به سطوح مختلف برای درمان شرایط مختلف تغییر می‌دهند، به‌جای اینکه یک اصلاح فراگیر داشته باشند.

به علاوه، تا آنجایی که محققان توانسته‌اند تشخیص دهند، نوروژنز عمدتا به هیپوکامپ محدود می‌شود. بسیاری از علائم شناختی و روانپزشکی از آنجا سرچشمه می گیرند، اما نه همه آنها. به عنوان مثال، یک ناحیه کاملا متفاوت مغز واسطه آنهدونی است - ناتوانی در احساس شادی، که نشانه افسردگی است. هن می‌گوید: «من فکر نمی‌کنم دارویی که نوروژنز را تحریک می‌کند، آنهدونیا را درمان کند. داروی آینده احتمالا دارویی خواهد بود که در آن از چندین دارو استفاده کنیم که هر کدام نشانه‌های خاصی را هدف قرار می‌دهند.»

البته، مگر اینکه نوروژنز اصلا به هیپوکامپ محدود نشود.

پس از یافتن سلول های پیش ساز در هیپوکامپ، دومیترو، پاترلینی و همکارانشان برای مدت طولانی جشن نگرفتند. در عوض، آنها شروع به جستجوی جدیدی کردند و توجه خود را به ناحیه زیر بطنی معطوف کردند، بخشی دیگر از مغز که برخی مطالعات نشان می‌دهند که قادر به ایجاد نوروژنز تا بزرگسالی است. دومیترو می‌گوید این کار در مراحل اولیه است، اما در حال حاضر آنها نشانه‌هایی از سلول‌های اجدادی را در نمونه‌های بالغ این ناحیه مشاهده کرده‌اند - بازی جدیدی از پنهان‌کاری آغاز شده است.