ممکن است کتاب های درسی این ساختار اساسی مغز را برای 100 سال اشتباه ترسیم کرده باشند

سیم کشی میکروسکوپی مغز ممکن است به نوع دیگری از تصویرسازی کتاب درسی نیاز داشته باشد. به جای لوله های صاف و باریکی که معمولا از سلول های عصبی کشیده می شوند، برخی از آکسون ها شبیه رشته هایی از مرواریدهای ریز هستند. این برآمدگی های تکراری فقط جزئیات تزئینی نیستند. به نظر می رسد شکل آنها بر نحوه حرکت پیام های الکتریکی تأثیر می گذارد.

محققان در پزشکی جان هاپکینز این معماری غیرمنتظره را در مطالعه‌ای که به صورت آنلاین در Nature Neuroscience در 2 دسامبر 2024 منتشر شد، مورد توجه قرار دادند. آنها با کار با نورون‌های موش، شواهدی یافتند که نشان می‌دهد یک تصویر آشنا از آناتومی سلول‌های مغز ممکن است ویژگی مهمی از گسترش‌های حامل سیگنال سلول‌ها را نادیده بگیرد.

دکتر شیگکی واتانابه، دانشیار زیست شناسی سلولی و علوم اعصاب در دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز، در اعلامیه سال 2024 دانشگاه گفت: "درک ساختار آکسون ها برای درک سیگنال های سلولی مغز مهم است." آکسون ها کابل هایی هستند که بافت مغز ما را به هم متصل می کنند و یادگیری، حافظه و سایر عملکردها را ممکن می سازند.

آکسون ها پسوندهای طولانی هستند که به نورون ها اجازه می دهند سیگنال های الکتریکی را به سلول های دیگر منتقل کنند. تصویر مرسوم یک لوله نسبتا یکنواخت را نشان می دهد که توسط برآمدگی های گاه به گاه قطع می شود (واریس های سیناپسی که گلوله هایی از انتقال دهنده های عصبی را نگه می دارند، که سیگنال دهی به سلول های دیگر مغز را امکان پذیر می کند).

آکسون های مهره دار خود منظره ناآشنا نیستند. دانشمندان مدت‌هاست که تورم‌های واضحی را در نورون‌های در حال مرگ و در شرایط تخریب‌کننده عصبی، از جمله بیماری پارکینسون مشاهده کرده‌اند. در این تنظیمات، مهره می تواند با آسیب به غشای سلولی و چارچوب داخلی که به حفظ ساختار آکسون کمک می کند، همراه باشد.

آنچه در مطالعه جان هاپکینز برجسته شد، وجود تورم‌های بسیار کوچک‌تر و مکرر در آکسون‌ها بود که تحت شرایطی برای حفظ ساختار طبیعی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفتند. محققان این نواحی را "واریس های غیر سیناپسی" نامیدند. برخلاف برآمدگی‌های آشنای مرتبط با سایت‌های ارتباطی، این تورم‌ها سیناپس نبودند.

تمایز مهم است: مطالعه نشان نمی دهد که هر آکسون مهره ای آسیب دیده است. در عوض، به نوعی از مروارید در مقیاس نانو اشاره کرد که ممکن است بخشی از معماری عادی آکسون‌های مورد مطالعه باشد.

علاقه واتانابه با مشاهده مرواریدهای تکراری در امتداد آکسون ها در کرم ها آغاز شد. گفتگو با دانشمند سوئیسی گراهام نات، دکترا، او را بر آن داشت تا بیشتر تحقیق کند. یکی از توضیحات احتمالی مربوط به اسکلت داخلی آکسون، شبکه ای از پروتئین ها است.

تیمی از دانشگاه هاروارد در مطالعه‌ای که در سال 2012 منتشر شد، تکرار اجزای "اسکلتی" درون آکسون‌ها را گزارش کرده بود. واتانابه و نات از خود می‌پرسیدند که آیا برهم زدن این چارچوب باعث ناپدید شدن مرواریدها می‌شود. ژاکلین گریسوولد، دانشجوی فارغ التحصیل جان هاپکینز و اولین نویسنده این مطالعه، این ایده را آزمایش کرد. مروارید باقی ماند.

این نتیجه توجه آنها را به سمت خواص فیزیکی آکسون هدایت کرد. واتانابه و گریسوولد با بیوفیزیکدان نظری، پادمینی رنگامانی، دکترا، استاد فارماکولوژی در دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، به منظور بررسی چگونگی شکل دادن غشای اطراف به آکسون پیوستند.

مطالعه این امتداد سلول‌های مغزی (نورون‌ها) به ساختارهای تصویربرداری بسیار باریک‌تر از موی انسان نیاز دارد. جانز هاپکینز آنها را تقریبا 100 برابر کوچکتر از عرض یک مو توصیف کرد. محققان از میکروسکوپ الکترونی انجماد با فشار بالا برای حفظ شکل ظریف آنها قبل از بررسی با پرتوهای الکترون استفاده کردند.

روش تهیه مهم بود. میکروسکوپ الکترونی استاندارد معمولا شامل تثبیت شیمیایی و خشک‌کردن بافت می‌شود، مراحلی که می‌توانند ساختارهایی را که دانشمندان در تلاش برای مشاهده آن هستند تغییر دهند. انجماد راهی برای حفظ شکلی نزدیکتر به حالت اصلی ارائه می دهد.

واتانابه گفت: «برای دیدن ساختارهای نانومقیاس با میکروسکوپ الکترونی استاندارد، بافت‌ها را ثابت و آب‌گیری می‌کنیم، اما انجماد آن‌ها شکل خود را حفظ می‌کند - شبیه به انجماد انگور به جای آب کردن آن به کشمش.

این تیم نورون‌های موش رشد کرده در آزمایشگاه، نورون‌های موش بالغ و نورون‌های جنین موش را بررسی کردند. آکسون آنها غیر میلین بود (آنها بدون پوشش عایق میلین بودند که آکسون را احاطه کرده است). در میان ده‌ها هزار تصویر بافتی، محققان بارها و بارها با همان ظاهر مرواریدی مواجه شدند.

آنها همچنین مروارید را با تصویربرداری با وضوح بالا از نورون های زنده مشاهده کردند که شواهدی را ارائه می دهد که نشان می دهد صرفا با انجماد نمونه ها تولید نشده است.

واتانابه گفت: «این یافته ها یک قرن درک در مورد ساختار آکسون را به چالش می کشد.

برای توضیح این الگو، محققان مدل‌های ریاضی غشایی که یک آکسون را احاطه کرده است ساختند. مدل‌های مکانیکی نسبتا ساده ویژگی‌های مهم مرواریدها را بازتولید می‌کنند، که نشان می‌دهد نیروهای فیزیکی می‌توانند بدون نیاز به قالب داخلی سفت و سخت به تعیین شکل کمک کنند.

آزمایش‌ها این تفسیر را تأیید کردند. افزایش غلظت قند در محلول اطراف آکسون ها، نواحی متورم را کوچکتر کرد. در مدل، افزایش کشش غشا نیز اندازه آنها را کاهش داد.

کلسترول راه دیگری برای تغییر رفتار غشاء ارائه کرد. با برداشتن آن غشاء سفت تر و سیال تر شد. این ساختار مرواریدی را در هر دو مدل و نورون‌های موش تغییر داد و سرعت سیگنال‌دهی الکتریکی را کاهش داد.

واتانابه گفت: «فضای وسیع‌تر در آکسون‌ها اجازه می‌دهد تا یون‌ها [ذرات شیمیایی] سریع‌تر از آن عبور کنند و از ترافیک جلوگیری کنند».

با این حال، مرواریدهای بزرگ‌تر همیشه به معنای سیگنال‌های سریع‌تر نیستند. ابعاد هر دو تورم و بخش های اتصال باریک آنها مهم بود.

محققان همچنین آزمایش کردند که آیا فعالیت عصبی می تواند آکسون ها را تغییر دهد. پس از تحریک الکتریکی با فرکانس بالا، مناطق مروارید مانند به طور متوسط ​​8٪ طولانی تر و 17٪ گسترده تر شدند، با بزرگ شدن حداقل 30 دقیقه.

مقاله منتشر شده گزارش می دهد که سیگنال های الکتریکی پس از این تحریک کند می شوند و اثر آن حداقل یک ساعت طول می کشد. هنگامی که کلسترول از قبل حذف شده بود، برخی تغییرات ساختاری هنوز رخ می داد، اما مرواریدها کوچکتر از مرواریدهای سلول های درمان نشده باقی ماندند و همان کاهش قابل توجهی مشاهده نشد.

یافته ها نشان می دهد که آکسون ها صرفا کابل های ثابت نیستند. ساختار فیزیکی آنها می تواند به فعالیت پاسخ دهد و به تنظیم نحوه حرکت پیام ها از طریق آنها کمک کند.

تحقیقات بعدی آکسون های مرواریدی را در بافت انسان پیدا می کند

هنگامی که یافته‌های اولیه در سال 2024 اعلام شد، تیم برنامه‌ریزی کرد تا "بازوهای" آکسونی را در بافت مغز انسان که با مجوز افرادی که تحت عمل جراحی مغز قرار می‌گرفتند و افرادی که بر اثر بیماری‌های عصبی فوت کرده بودند، بررسی کنند.

یک مطالعه مرتبط متعاقبا آکسون‌های مرواریدی را در بافت قشر مغز انسان گزارش کرد که در طی جراحی صرع به‌دست آمد. این اثر به رهبری چلسی آر. ادینگز و همکارانش، از جمله واتانابه، به صورت آنلاین در Neuron در 24 نوامبر 2025 و در شماره 4 فوریه 2026 خود ظاهر شد.

محققان تحریک الکتریکی را با انجماد سریع ترکیب کردند تا تغییرات ریز غشایی را در برش های مغز موش و انسان ثبت کنند. آنها در کنار آکسون‌های مرواریدی، شواهدی از اندوسیتوز فوق‌سریع یافتند، فرآیندی که از طریق آن پایانه‌های عصبی پس از انتشار پیام‌های شیمیایی، به سرعت غشاء را بازیابی می‌کنند.

این مشاهدات شواهد را به بافت انسان گسترش می دهند، اما ثابت نمی کنند که هر آکسون شکل یکسانی دارد. آنها همچنین نشان نمی دهند که مروارید اثرات یکسانی بر سیگنال دهی در سراسر مغز انسان دارد. مطالعه انسانی در درجه اول بازیافت غشاء را در سیناپس ها بررسی کرد.

جستجوی گسترده تر برای آنچه که شکل آکسون را کنترل می کند

رابطه بین ساختار و عملکرد آکسون نیز در کانون توجه کمک مالی محقق اصلی چندگانه موسسه ملی سلامت روان قرار گرفت که به واتانابه و رانگامانی اعطا شد و در سال 2024 برجسته شد. این پروژه از مدل‌های محاسباتی چگونگی تأثیر ویژگی‌های فیزیکی نورون و سیگنال‌های دریافتی بر آکسون آن پشتیبانی می‌کند و به دنبال آن آزمایش‌هایی در بافت موش و کشت‌های سلولی انجام می‌شود.

تحقیقات جداگانه ای در حال بررسی راه های دیگری برای بررسی ابعاد این سیم کشی میکروسکوپی است. در مطالعه‌ای که در 17 جولای 2026 در PLOS Biology منتشر شد، محققان دانشگاه ادینبورگ از تصویربرداری خودکار از گورخرماهی زنده برای غربالگری 880 ترکیب از نظر تأثیر بر قطر آکسون استفاده کردند. آنها 33 ضربه اولیه را شناسایی کردند و تأیید کردند که ترکیبات مؤثر بر مسیرهای سیگنال شیمیایی خاص می توانند عرض آکسون را افزایش دهند. این یک تکرار مستقیم از مطالعه مروارید نیست، اما ابزار دیگری برای بررسی نحوه کنترل اندازه آکسون فراهم می کند.

برای تیم جانز هاپکینز، یک سوال مهم این است که چگونه ساختاری که در آکسون‌های فعال دیده می‌شود، با مهره‌های مخرب مرتبط با بیماری‌های عصبی مرتبط است. درک این تمایز می‌تواند به محققان کمک کند تا تغییرات عادی در سیم‌کشی عصبی را از نشانه‌هایی که نشان می‌دهد سیستم در حال خراب شدن است، جدا کنند.

مواد ارائه شده توسط جانز هاپکینز پزشکی. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

فسیل 90 میلیون ساله دایناسور کوچکی را نشان می دهد که در امتداد سواحل ژاپن زندگی می کند

گرد و غبار ستاره ای مدفون در یخ قطب جنوب راز کیهانی 80000 ساله را فاش می کند

دانشمندان مولکول‌های 160 میلیون ساله را با قدرتی شگفت‌انگیز در برابر ابر میکروب‌ها احیا کردند.

یک راز 400 درجه در اعماق مریخ پنهان شده است