ایونانیوز گزارش می‌دهد: یک کشف علمی باورنکردنی، تصویر کتاب‌های درسی از سلول‌های عصبی را برای همیشه تغییر داد. دانشمندان دریافته‌اند که آکسون‌ها، این رشته‌های حیاتی مغز، صاف نیستند بلکه شبیه به رشته‌ای از مرواریدند! این ساختار پویا چگونه سرعت سیگنال‌های مغزی را کنترل می‌کند و چه تاثیری بر درک ما از بیماری‌های عصبی دارد؟ برای کشف این راز با ما همراه باشید.
به گزارش ایونا، یک پژوهش جدید، درک صدساله‌ی ما از ساختار سلول‌های مغزی را به کلی دگرگون کرده و نشان می‌دهد تصویری که در کتاب‌های زیست‌شناسی به ما آموزش داده شده، نیاز به یک بازنگری اساسی دارد.
برای دهه‌ها، کتاب‌های درسی به ما آموخته‌اند که آکسون‌ها (Axons) - رشته‌های ظریفی که وظیفه حیاتی انتقال پیام‌های عصبی را بر عهده دارند - ساختارهایی صاف و لوله‌ای شکل هستند. این شاهراه‌های ارتباطی مغز، نقشی کلیدی در همه چیز، از حرکت انگشتان تا شکل‌گیری خاطرات ایفا می‌کنند. اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این تصاویر منظم و ساده، با واقعیت فاصله زیادی دارند.
دانشمندان با استفاده از روش‌های تصویربرداری پیشرفته دریافته‌اند که آکسون‌ها شباهتی به کابل‌های صاف و مستقیم ندارند. در عوض، آن‌ها اغلب به صورت رشته‌ای از حباب‌های کوچک، شبیه به یک رشته مروارید، دیده می‌شوند. این کشف شگفت‌انگیز در زیست‌شناسی، می‌تواند درک ما از نحوه عملکرد سیم‌کشی مغز را به طور کامل بازنویسی کند.
اهمیت آکسون‌ها در توانایی آن‌ها برای انتقال سریع سیگنال‌های الکتریکی، موسوم به "پتانسیل عمل" (Action Potentials)، نهفته است. این جرقه‌های الکتریکی کوتاه به نورون‌ها اجازه می‌دهند تا در فواصل طولانی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. سرعت در این انتقال پیام اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد و تصور می‌شد که پهن‌تر بودن آکسون‌ها، مانند یک جاده عریض‌تر، به حرکت سریع‌تر پیام‌ها کمک می‌کند. به همین دلیل، شکل آن‌ها همواره صاف و یکنواخت تصور می‌شد.
اما محققان با استفاده از تکنیکی به نام "میکروسکوپ الکترونی انجماد تحت فشار بالا" (high-pressure freezing electron microscopy) که سلول‌های مغزی را در شکل طبیعی خود منجمد می‌کند، متوجه پدیده‌ای عجیب شدند. آن‌ها به جای لوله‌های صاف، برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های مکرری را مشاهده کردند که به آکسون‌ها ظاهری دانه‌دار و مروارید مانند می‌بخشید. این برآمدگی‌ها که اکنون "واریکوزیتی‌های غیرسیناپسی" (non-synaptic varicosities) نامیده می‌شوند، نشانه‌های بیماری یا تورم تصادفی نیستند، بلکه در نورون‌های سالم نیز وجود دارند و می‌توانند بر سرعت حرکت پیام‌ها در مغز تأثیر بگذارند.
علت این پدیده مرواریدی چیست؟ درون هر آکسون، یک چارچوب ساختاری به نام "اسکلت دوره‌ای غشاء" (Membrane Periodic Skeleton, MPS) وجود دارد. این ساختار را می‌توان به یک داربست انعطاف‌پذیر تشبیه کرد که از پروتئین‌هایی مانند اکتین و اسپکترین ساخته شده و به آکسون استحکام و کشسانی می‌بخشد. نکته کلیدی اینجاست که این اسکلت به غشای خارجی آکسون محکم نچسبیده است. این ویژگی به سطح آکسون اجازه می‌دهد تا در حالی که اسکلت داخلی همه چیز را منسجم نگه داشته، دچار نوسان و برآمدگی شود. این پدیده فیزیکی که "ناپایداری مرواریدی" (pearling instability) نام دارد، در طبیعت از حباب‌های صابون تا مواد دیگر نیز دیده می‌شود.
تیم تحقیقاتی مستقر در دانشگاه جانز هاپکینز، از یک روش انجماد استفاده کردند که از مشکل رایج تغییر شکل سلول‌ها در روش‌های قدیمی جلوگیری می‌کند.
شیگکی واتانابه (Shigeki Watanabe)، دانشیار زیست‌شناسی سلولی و علوم اعصاب در دانشکده پزشکی دانشگاه جانز هاپکینز، توضیح می‌دهد: «برای دیدن ساختارهای نانومقیاس با میکروسکوپ الکترونی استاندارد، ما بافت‌ها را تثبیت و خشک می‌کنیم، اما انجماد، شکل طبیعی آن‌ها را حفظ می‌کند؛ این فرآیند شبیه به منجمد کردن یک انگور به جای خشک کردن آن و تبدیلش به کشمش است.»
آن‌ها سه نوع نورون موش را بررسی کردند و در ده‌ها هزار تصویر، همگی شکل مرواریدی مشابهی را در آکسون‌های خود نشان دادند.
این تیم تحقیقاتی تنها به تصاویر بسنده نکرد. آن‌ها با همکاری پادمینی رنگامانی (Padmini Rangamani)، متخصص بیوفیزیک نظری از دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، از مدل‌های ریاضی برای آزمایش شرایط مختلف استفاده کردند. نتایج شگفت‌انگیز بود:
واتانابه می‌گوید: «فضای وسیع‌تر در آکسون‌ها به یون‌ها (ذرات شیمیایی) اجازه می‌دهد سریع‌تر عبور کرده و از ترافیک جلوگیری کنند.» این نشان می‌دهد که یک رابطه تنگاتنگ بین شکل آکسون، ترکیبات غشاء و سرعت سیگنال وجود دارد. این ساختار صرفاً یک ویژگی ظاهری نیست، بلکه کاملاً عملکردی است.
واتانابه تاکید می‌کند: «این مطالعه، یک قرن درک ما از ساختار آکسون را به چالش می‌کشد.» تا به امروز، زیست‌شناسی آکسون‌ها را به عنوان لوله‌هایی صاف به تصویر می‌کشید. اما این مشاهدات جدید نشان می‌دهد که آکسون‌ها بسیار پویاتر و انعطاف‌پذیرتر از آن چیزی هستند که تصور می‌شد.
تقی مولوی، کارشناس برجسته هوش مصنوعی و سئو، در این باره می‌گوید: «این کشف نمونه‌ای برجسته از این واقعیت است که سیستم‌های پیچیده، چه در مغز انسان و چه در الگوریتم‌های هوش مصنوعی، هرگز با مدل‌های ساده و ایستا قابل درک نیستند. ما همیشه باید به دنبال پویایی و ساختارهای پنهانی باشیم که عملکرد را بهینه‌سازی می‌کنند. همانطور که در بهینه‌سازی برای موتورهای جستجو، درک ساختارهای زیربنایی و انعطاف‌پذیری سیستم کلید موفقیت است، در علوم اعصاب نیز این حقیقت در حال آشکار شدن است.»
این کشف فقط به معنای تغییر یک نمودار در کتاب درسی نیست؛ بلکه به معنای بازنگری در مفروضات اساسی علوم اعصاب و پرسیدن این سوال است که ما چه چیزهای دیگری را در مورد کابل‌های ظریف و شکننده‌ای که مغز ما را اداره می‌کنند، نادیده گرفته‌ایم. این ساختار مرواریدی ممکن است پاسخ‌هایی برای چگونگی حرکت سیگنال‌های مغزی یا چرایی شکست آن‌ها در بیماری‌هایی مانند پارکینسون را در خود داشته باشد.
نتایج کامل این مطالعه در مجله معتبر Nature Neuroscience منتشر شده است.
نظر شما
آخرین اخبار
اخبار پر بازدید
