به گزارش آماج، پژوهشی تازه درباره چگونگی شکلگیری مغز نشان میدهد بخشهای جلویی و پشتی مغز در مراحل اولیه رشد جنین از دو نوع متفاوت سلولهای پیشساز عصبی منشأ میگیرند. این یافته میتواند از این فرضیه پشتیبانی کند که دستگاه عصبی پیچیدهای که امروز بهعنوان مغز میشناسیم، در گذشتههای بسیار دور از پیوند دو سامانه عصبی مجزا شکل گرفته است.
پژوهشگران دانشگاه استنفورد و همکارانشان با بررسی رشد مغز در جنین موش و آزمایش سلولهای انسانی دریافتند که نورونهای بخشهای مختلف مغز از جمعیتهای متفاوتی از سلولهای پیشساز ایجاد میشوند؛ موضوعی که میتواند سرنخ تازهای درباره منشأ تکاملی مغز ارائه کند.
مغز از دو مسیر متفاوت رشد میکند
پژوهشگران در مراحل ابتدایی رشد جنین موش دو نوع سلول پیشساز را شناسایی کردند. یک گروه از این سلولها ژن OTX2 را بیان میکردند و در ادامه به نورونهای بخش جلویی مغز، شامل مغز پیشین و مغز میانی، تبدیل میشدند.
گروه دوم سلولها ژن GBX2 را بیان میکردند و در نهایت نورونهای مغز پسین را ایجاد میکردند؛ بخشی از مغز که با نخاع ارتباط دارد و در تنظیم بسیاری از عملکردهای اساسی بدن نقش دارد.
کایل لوه، پژوهشگر دانشگاه استنفورد، میگوید این یافته نشان میدهد بخش جلویی و پشتی مغز از سلولهای پیشساز کاملاً متفاوتی شکل میگیرند؛ در حالی که پیشتر تصور میشد منشأ رشدی آنها یکسان است.
آزمایش روی سلولهای انسانی چه چیزی نشان داد؟
پژوهشگران برای بررسی اینکه آیا این الگو فقط در موشها وجود دارد یا در انسان نیز دیده میشود، آزمایشهایی را با سلولهای انسانی در محیط آزمایشگاه انجام دادند.
نتایج نشان داد نورونهای مغز پسین انسان نیز مانند مغز موش از نوع متفاوتی از سلولهای پیشساز نسبت به نورونهای مغز پیشین و میانی ایجاد میشوند. این یافته به پژوهشگران کمک کرد تا برای نخستین بار با استفاده از نوع مناسب سلولهای پیشساز، نورونهای حرکتی مغز پسین انسان را در محیط آزمایشگاه رشد دهند.
این موضوع اهمیت عملی نیز دارد؛ زیرا دانشمندان پیشتر برای تولید نورونهای مغز پسین، از سلولهایی استفاده میکردند که بیشتر برای تبدیل شدن به سلولهای مغز پیشین و میانی مناسب بودند. به همین دلیل، تلاشها برای رشد برخی بافتهای مغز پسین در آزمایشگاه با دشواری مواجه میشد.
مغز پسین چه وظایفی دارد؟
مغز پسین در کنترل برخی عملکردهای حیاتی و پایهای بدن نقش دارد؛ از جمله تنظیم تنفس، خواب، بلع و برخی فرایندهای مرتبط با فعالیت قلب. در مقابل، بخشهای جلویی مغز نقش پررنگتری در فرایندهای پیچیده شناختی و عملکردهای سطح بالاتر دارند.
برخی بیماریهای عصبی، از جمله اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) و آتروفی عضلانی نخاعی، میتوانند بخشهایی از سامانه حرکتی مرتبط با مغز پسین را تحت تأثیر قرار دهند و به مشکلاتی مانند اختلال در گفتار و بلع منجر شوند.
پژوهشگران امیدوارند توانایی رشد دقیقتر نورونهای مغز پسین انسان در آزمایشگاه، به مطالعه بیماریهای نورون حرکتی و بررسی سازوکار برخی داروها کمک کند. این یافته همچنین میتواند امکان بررسی دقیقتر نحوه اثرگذاری داروهای گروه GLP-1 بر مدارهای عصبی مرتبط با اشتها را فراهم کند؛ هرچند این کاربرد پژوهشی هنوز به معنای اثبات یک کاربرد درمانی جدید نیست.
ریشه این الگو ممکن است به بیش از ۵۵۰ میلیون سال پیش برسد
تیم پژوهشی برای بررسی ریشه تکاملی این الگوی رشد، جنینهای اولیه مرغ، گورخرماهی و کرم بلوط را نیز بررسی کرد. در این جانوران نیز بخشهای مختلف دستگاه عصبی از دو نوع متفاوت سلولهای پیشساز شکل میگرفتند.
پژوهشگران بر اساس این شباهتها پیشنهاد میکنند که الگوی دوگانه شکلگیری دستگاه عصبی ممکن است دستکم ۵۵۰ میلیون سال قدمت داشته باشد و در یکی از مراحل بسیار ابتدایی تکامل جانوران پیچیده ایجاد شده باشد.
در مقایسه، عروسهای دریایی که نیای مشترک آنها با انسان به حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پیش بازمیگردد، دارای دو دستگاه عصبی مجزا هستند. بر اساس فرضیه مطرحشده از سوی پژوهشگران، ممکن است در نیاکان بسیار دور انسان، این سامانههای عصبی به یکدیگر نزدیک و در نهایت در قالب یک مغز یکپارچهتر سازماندهی شده باشند.
آیا مغز واقعاً از دو دستگاه عصبی به وجود آمده است؟
یافتههای این پژوهش با چنین فرضیهای سازگار است، اما نباید آن را به معنای اثبات قطعی این سناریوی تکاملی دانست. آنچه پژوهش بهطور مستقیم نشان میدهد، تفاوت در منشأ سلولی بخشهای جلویی و پشتی دستگاه عصبی در چند گونه و شباهت این الگو در طول تکامل است.
پژوهشگران احتمال میدهند جدا بودن مسیرهای رشد مغز میتوانسته در طول تکامل مزایایی ایجاد کند. برای مثال، در حالی که بخشهای پشتی مغز وظایف حیاتی و پایهای را بر عهده داشتند، بخشهای جلویی میتوانستند در مسیر تکاملی تغییرات بیشتری پیدا کنند و به شکلگیری تواناییهای پیچیدهتر شناختی کمک کنند.
این دیدگاه، در صورت تأیید توسط پژوهشهای بیشتر، میتواند تصویر تازهای از تاریخ تکاملی مغز ارائه دهد؛ مغزی که ممکن است از ابتدا یک ساختار کاملاً یکپارچه نبوده باشد، بلکه حاصل ادغام و هماهنگ شدن سامانههایی با پیشینههای متفاوت بوده باشد.
اهمیت این کشف برای پژوهشهای علوم اعصاب
اهمیت این مطالعه تنها به توضیح منشأ تکاملی مغز محدود نمیشود. شناسایی دقیق سلولهای پیشساز هر بخش از مغز میتواند به دانشمندان کمک کند تا در محیط آزمایشگاه، نورونهای تخصصیتری تولید کنند.
این توانایی میتواند برای مطالعه بیماریهای عصبی، آزمایش داروها و بررسی چگونگی رشد و عملکرد مدارهای مختلف مغز مفید باشد. پژوهش منتشرشده در مجله Nature Neuroscience، در مجموع نشان میدهد که شناخت منشأ سلولی مغز نهتنها برای فهم تاریخ تکاملی آن اهمیت دارد، بلکه میتواند مسیرهای تازهای برای تحقیقات پزشکی و علوم اعصاب باز کند.
برای دنبال کردن تازهترین یافتههای علمی درباره مغز، تکامل و علوم اعصاب، با آماج همراه باشید.
