تکامل مغز انسان آن را برای شکست تنظیم کرد

میمون‌ها به آلزایمر مبتلا نمی‌شوند – حداقل، نه مثل ما. اگرچه ما مقدار زیادی از DNA خود را با نزدیکترین خویشاوندان نخستی‌هایمان به اشتراک می‌گذاریم، انسان‌ها به طور منحصربه‌فردی در معرض خطر ابتلا به این بیماری هستند که می‌تواند حس ما را نسبت به شخصیت خود از بین ببرد.

وقتی در کلینیک مغز و اعصاب خود تشخیص می دهم، به بیماران و اعضای خانواده می گویم که در بیشتر موارد، پزشکان نمی توانند به یک علت قطعی و منفرد بیماری اشاره کنند. سن، ژنتیک، سلامت، عوامل سبک زندگی و محرک های محیطی همگی نقش دارند. اما تعداد فزاینده‌ای از تحقیقات بعد دیگری را ارائه می‌دهند: ما می‌توانیم حس خود را دقیقا به این دلیل از دست بدهیم که گونه‌های ما به گونه‌ای تکامل یافته‌اند که چنین داشته باشند. در سال‌های اخیر، دانشمندان مغز انسان‌ها را با دیگر گونه‌های نزدیک به هم مقایسه کرده‌اند و تفاوت‌های ژنتیک، ساختار و مکانیسم‌های مولکولی را بررسی کرده‌اند.

چیزی که آنها دریافتند این است که همان ویژگی هایی که از توانایی های بی نظیر شناختی ما پشتیبانی می کند، ما را مستعد ابتلا به بیماری آلزایمر می کند.

مطمئنا، علائم بیولوژیکی آلزایمر در داخل مغز انسان نسبت به مغز گونه‌های دیگر متفاوت است. ملیسا ادلر، عصب‌بیولوژیست مقایسه‌ای در دانشگاه ایالتی کنت، و تیمش الگوهای متمایزی را در نحوه تجمع پلاک‌های آمیلوئیدی و تاو توسط انسان‌ها و شامپانزه‌ها شناسایی کرده‌اند، پروتئین‌های سمی که در مغزهای مبتلا به آلزایمر ایجاد می‌شوند. او معتقد است که نگاه کردن به چندین گونه برای درک چگونگی ایجاد این بیماری بسیار مهم است.

اگر پستانداران غیرانسانی به آلزایمر مبتلا نمی شوند، "چرا اینطور نیست؟" وقتی در مورد کارش صحبت کردیم پرسید. "چه فرقی با مغز آنها دارد؟"

یکی از پاسخ ها به اوایل دهه 2000 برمی گردد، زمانی که ژنتیک سوئدی سوانته پابو (که برنده جایزه نوبل برای تعیین توالی ژنوم نئاندرتال شد) به این فکر کرد که چه چیزی ممکن است دلیل تفاوت های رفتاری عمیق بین انسان ها و سایر میمون ها باشد – در نهایت، ما تمدن می سازیم در حالی که نخستی های غیر انسانی نمی توانند بدون کمک آتش راه بیندازند. پابو و تیم پژوهشگران بین المللی او مغز، خون و بافت کبد را از انسان، شامپانزه، اورانگوتان و ماکاک جمع آوری کردند.

اما به جای مقایسه خود ژن‌ها، آنها فعالیت ژن‌ها را اندازه‌گیری کردند – به طور موثر، میزان سختی کار هر ژن برای ساختن RNA پیام‌رسان، که دستورالعمل‌هایی از DNA در مورد چگونگی ساخت پروتئین‌ها را حمل می‌کند. آنها دریافتند که فعالیت ژن در کبد و خون، تقریبا در بین گونه‌هایی که مورد آزمایش قرار گرفتند، برابر است. اما فعالیت در مغز انسان افزایش یافته بود.

پابو قصد نداشت به طور خاص آلزایمر را مطالعه کند، اما یافته های او به ارتباط بین تکامل و بیماری مغز اشاره کرد که دیگران مستقیما به دنبال آن هستند. به عنوان مثال، توماس آرنت، عصب‌شناس دانشگاه لایپزیگ و تیمش در مطالعه‌ای که در سال 2020 منتشر شد، نمونه‌های کالبدشکافی شده مغز افراد مبتلا به آلزایمر و بدون بیماری آلزایمر را بررسی کردند و نزدیک به 300 ژن را یافتند که سطح فعالیت آنها در مغز آلزایمر متفاوت بود.

وقتی آنها به آن ژن‌های خاص نگاه دقیق‌تری کردند، دریافتند که توالی‌های ژنتیکی آن‌ها در مدت زمان کوتاهی دستخوش تغییرات زیادی شده است - نشانه‌ای از این که آن ژن‌ها نقش مهمی در تکامل سریع و متمایز مغز انسان داشتند. آرنت اخیرا به من گفت: «به عبارت دیگر، بیماری آلزایمر بر اساس تغییرات ژنومی است که معمولا انسان است.»

سایر محققان نیز شواهدی را جمع‌آوری کرده‌اند که از این ایده حمایت می‌کند که تکامل و آلزایمر کاملا مرتبط هستند. گروهی در دانشگاه دوک کشف کردند که تکامل انسان بر ژن‌های دخیل در تولید آمیلوئید - پروتئین اصلی تشکیل دهنده پلاک‌های آلزایمر - تأثیر گذاشته است. دانشمندان چینی و بریتانیایی دریافتند که بخش‌هایی از DNA تنظیم‌کننده که به سرعت با تکامل مغز شکل می‌گیرد، با خطر ابتلا به آلزایمر مرتبط است.

محققان مرکز سرطان MD Anderson، مستقر در هیوستون، ژن‌های انسانی منحصربه‌فردی را یافتند که در مسیر پروتئینی به نام REST قرار می‌گیرند، که ممکن است در صورت عملکرد صحیح از آلزایمر محافظت کند. مطالعات دیگر یافته هایی را در امتداد خطوط مشابه ارائه کرده اند. در مجموع، این نتایج تنها به استدلال آرنت می افزاید - اینکه تغییرات ژنتیکی که مغز انسان را ایجاد کرده ممکن است همان تغییراتی باشد که آن را در معرض خطر قرار داده است.

جهش شناختی که ما را متمایز کرد همچنین به رشد مغز انسان نیاز داشت. همانطور که امیلیانو برونر، محقق ارشد دیرین‌عصب شناسی انسان‌ها در Museo Nacional de Ciencias Naturales در مادرید، نشان داده است که لوب‌های جداری که به سمت تاج سر بالا می‌آیند، قبل از شیب به سمت عقب مغز، در انسان نسبت به پستانداران غیرانسان به‌طور آشکار بزرگ‌تر هستند. ساختاری به نام پرکونئوس که در امتداد دیواره داخلی آن لوب ها قرار گرفته است نیز بزرگتر است. لوب‌های جداری به مغز کمک می‌کنند بینایی، صدا و لمس را به هم بپیچند و مدلی منسجم از دنیای بیرونی ایجاد کنند.

آنها همچنین نقشی اساسی در شناخت پیشرفته و انتزاعی ما ایفا می‌کنند و به خودآگاهی، حافظه زندگی‌نامه‌ای و حس یکسان بودن ما در طول زمان اجازه می‌دهند.

برونر زمانی که هایدی جاکوبز، دانشیار رادیولوژی در بیمارستان عمومی ماساچوست و دانشکده پزشکی هاروارد، که در حال مطالعه همان آناتومی بود، با او تماس گرفت، این مناطق را ترسیم می کرد. برای چندین دهه، تحقیقات آلزایمر تقریبا به طور انحصاری بر روی یک ناحیه متفاوت از مغز متمرکز شده بود - لوب های گیجگاهی، مراکز حافظه واقعی آن. اما کار جاکوبز نشان داد که لوب‌های جداری نیز در مراحل اولیه بیماری دخیل هستند. برونر و جاکوبز شروع به بحث کردند که آیا گسترش این مناطق می تواند آسیب پذیری آنها را افزایش دهد یا خیر.

به زودی، آنها نظریه ای را ارائه کردند: بخش هایی از مغز که در طول تکامل انسان به طور چشمگیری منبسط شده بودند نیز جزو اولین مواردی بودند که توسط آلزایمر مورد حمله قرار گرفتند.

آنها استدلال کردند که این تصادفی نبود. پرکونئوس مقادیر زیادی انرژی مصرف می کند و گرمایی تولید می کند که باید به دقت دفع شود تا مغز در بهترین حالت خود کار کند. همچنین در منطقه ای قرار دارد که منبع خون مغز در آن نازک ترین است، که آن را در برابر شرایط خاصی آسیب پذیر می کند، برخی از آنها مربوط به سن است که بر جریان خون تأثیر می گذارد. میلین، پوشش چربی که برای سیگنال دهی سریع بین نورون ها ضروری است، در این ناحیه نیز به ویژه شکننده است.

اساسا برونر و جاکوبز استدلال کردند، به دلیل سازماندهی مجدد سریع و ناقصی که لوب‌های جداری در طول تکامل انسان متحمل شدند، منطقه‌ای که بسیاری از سخت‌ترین کارهای شناختی مغز را انجام می‌دهد دارای برخی از مخاطره‌آمیزترین زیرساخت‌ها است.

برونر گفت: «این مانند قرار دادن موتور فراری در فیات 500 است. آن ماشین کوچک واقعا سریع حرکت می کند، اما داغ می شود. و ترمزگیری مشکل ساز خواهد بود.»

چیزی که برونر آن را "ترمز کردن" می نامد، امی آرنستن، عصب شناس دانشگاه ییل، آن را "تنظیم" می نامد - به طور خاص، تنظیم کلسیم، که از یادگیری و حافظه پشتیبانی می کند. آرنستن استدلال می کند که شکست این سیستم ممکن است با نحوه شروع آلزایمر مرتبط باشد.

بیشتر نورون ها شلیک می کنند زیرا چیزی در دنیای بیرون آنها را فعال می کند: فلاش نور، صدا. نورون‌ها در نواحی مغز که اخیرا تکامل یافته‌اند، که به ما کمک می‌کنند ایده‌ای را در ذهن خود نگه داریم، یا طرحی دقیق را تداعی کنیم، حتی پس از از بین رفتن محرک اولیه، به کار خود ادامه می‌دهند. اگرچه نظریه های رقیب وجود دارد، آرنستن و دیگران این شلیک مداوم را پایه سلولی حافظه فعال می دانند.

این "سلول های تاخیری" برای فعال نگه داشتن آنها به کلسیم وابسته هستند، اما با افزایش سن و از کار افتادن سیستم سلولی، کلسیم می تواند به سطوح مضر افزایش یابد و یک واکنش زنجیره ای را آغاز کند که می تواند باعث جمع شدن پروتئین های تاو شود. با گذشت زمان، این توده ها می توانند به درهم تنیدگی الیافی که در بیماران مبتلا به آلزایمر دیده می شود کمک کنند.

آرنستن نشان داده است که این دستگاه و همچنین آسیبی که در هنگام خراب شدن ایجاد می‌کند، با تکامل انسان‌ها افزایش می‌یابد. Marmosets کمترین آن را دارند. ماکاکی ها بیشتر شامپانزه ها، هنوز بیشتر. انسان ها، تا حد زیادی، بیشترین. آرنستن گفت: «هرچه به انسان نزدیک‌تر باشد، آسیب‌شناسی آلزایمر بیشتر می‌شود.»

بدن ما با مبادلات تکاملی بیگانه نیست. ستون فقرات عمودی هومو ساپینس ما را در برابر فتق دیسک آسیب پذیر می کند. لگن ما که به دلیل دوپا باریک شده است، زایمان را دشوار می کند. ما این سازش ها را به بهترین شکل ممکن مدیریت می کنیم. اما اگر یک داد و ستد تکاملی بر اندام فکری و عقلی ما تأثیر بگذارد، پذیرش سازش دشوارتر است.

مورخ مایکل هاگنر که درک ما از مغز به عنوان جایگاه شخصیت را مطالعه کرده است، به من گفت که این پیشنهاد که شکنندگی عصبی بهای یک ذهن بسیار تکامل یافته است، بدیع نیست. در قرن نوزدهم، برخی از پزشکان و نظریه پردازان اجتماعی معتقد بودند که نیازهای طاقت فرسا زندگی مدرن بر سیستم عصبی بیش از حد فشار می آورد. این تمایل، به تفسیر آسیب‌پذیری‌های شناختی به‌عنوان بهای پیشرفت، حتی زمانی که تشخیص‌های خاص‌تری برای توضیح بی‌ثباتی‌های مغز ما ظاهر شده‌اند، همچنان ادامه دارد.

گزینه‌های درمانی برای آلزایمر هم کمیاب و هم مورد مناقشه باقی می‌مانند و درک پیوندهای این بیماری با تکامل مغز ما می‌تواند راه‌های جدیدی را به سوی پیشگیری و درمان باز کند. به عنوان مثال، امی آرنستن و همکارانش در حال حاضر در حال توسعه داروهایی هستند که اختلال در تنظیم کلسیم را هدف قرار می دهند و هدف آن مداخله قبل از شروع تجزیه سیستم است.

در حال حاضر، این تصور که شناخت انسان و استعداد ابتلا به آلزایمر منشأ تکاملی دارند، همچنان تئوری باقی مانده است، و هر بار که تشخیص آلزایمر را ارائه می‌دهم، کاملا آگاه هستم که می‌توانم چیزی برای تغییر سرنوشت بیمارم ارائه دهم. اما اگر از دست دادن حس خود منحصرا انسانی است، توانایی در نظر گرفتن آنچه که داشتن یک به ما اجازه می دهد به دست آوریم نیز همین است.