به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از نوروساینس نیوز، دانشمندان مدتهاست که مغز را به عنوان یک اندام واحد با منشأ رشدی مشترک در نظر میگیرند. تحقیقات جدید به سرپرستی دانشکده پزشکی استنفورد، این فرض اساسی را به چالش میکشد و نشان میدهد آنچه ما مغز مینامیم، در واقع از دو سیستم مجزا ساخته شده است که طی صدها میلیون سال تکامل، جداگانه به وجود آمدهاند.
برای دههها، مدل غالب بر این باور بود که کل مغز از یک جمعیت سلولی پیشساز اولیه رشد میکند. بر اساس این دیدگاه، مغز پیشین، مغز میانی و مغز پسین همگی به یک نقطه شروع رشدی یکسان بازمیگردند.
یافتههای جدید به تصویری بسیار متفاوت اشاره دارند. محققان دریافتند که به نظر میرسد مغز انسان دو سیستم عصبی باستانی را با هم ترکیب میکند. یکی ساختارهایی را ایجاد میکند که مسئول عملکردهای ضروری مانند تنفس و کنترل ضربان قلب هستند. دیگری مناطقی را تولید میکند که با تواناییهایی مانند زبان، ریاضیات، تفکر انتزاعی و تأمل در مورد وجود خودمان مرتبط هستند.
این کشف همچنین ممکن است یک مشکل دیرینه در علوم اعصاب را توضیح دهد که چرا محققان در پرورش سلولهای مغزی خاص در آزمایشگاه تا این حد مشکل داشتهاند. این میتواند فرصتهای جدیدی را برای بررسی بیماریهای مربوط به ساقه مغز، از جمله آتروفی عضلانی نخاعی (که با نام SMA نیز شناخته میشود) و اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (که با نام ALS یا بیماری لو گریگ نیز شناخته میشود) ایجاد کند.
«کایل لو، دکترا»، دانشیار زیستشناسی تکاملی، گفت: "ما برای اولین بار نشان دادهایم که جلوی مغز از یک سلول پیشساز کاملاً متفاوت از پشت مغز ناشی میشود. کشف ما به این معنی است که اکنون میتوانیم نورونها را از پشت مغز (مغز عقبی) در یک ظرف پتری پرورش دهیم و عملکرد آنها را مطالعه کنیم."
دو منشأ رشدی مغز
مغز بزرگسالان به سه ناحیه اصلی تقسیم میشود: مغز پیشین، مغز میانی و مغز پسین. مغز پسین از بسیاری از تواناییهایی که افراد بیشترین ارتباط را با تفکر پیچیده دارند؛ از جمله زبان، آگاهی و استدلال انتزاعی، پشتیبانی میکند.
در مقابل، مغز پسین در پشت جمجمه قرار دارد و اغلب به عنوان ساقه مغز شناخته میشود. این مغز به کنترل فرآیندهای خودکار ضروری برای بقا، از جمله تنفس، خواب، تنظیم ضربان قلب و گرسنگی کمک میکند. نورونهای مغز پسین همچنین عضلات صورت، زبان و گلو را هدایت میکنند که برای صحبت کردن و بلعیدن مهم هستند.
با وجود نقش حیاتی مغز پسین، دانشمندان دههها تلاش کردهاند تا نورونهای مغز پسین انسان را در آزمایشگاه ایجاد کنند. این محدودیت، مطالعه بیماریهای جدی مربوط به ساقه مغز از جمله آتروفی عضلانی نخاعی و اسکلروز جانبی آمیوتروفیک را بسیار دشوارتر کرده است.
بیماری SMA یکی از علل ژنتیکی اصلی مرگ در کودکان زیر یک سال است. ALSاغلب بین سنین ۴۰ تا ۷۰ سالگی تشخیص داده میشود و هم مغز پیشین و هم مغز پسین را تحت تأثیر قرار میدهد. در هر دو بیماری، نورونهای خاصی از مغز خلفی به تدریج از کار میافتند. بیماران در نهایت میتوانند توانایی بلعیدن را از دست بدهند و در صورت ورود غذا یا مایع به ریهها، خطر ابتلا به ذاتالریه افزایش مییابد و بعداً ممکن است توانایی تنفس را از دست بدهند.
رشد نورونهای مغز عقبی انسان در آزمایشگاه
هنگامی که محققان فهمیدند که مغز عقبی از یک مسیر رشدی جداگانه شروع میشود، توانستند از این دانش برای حل یک چالش بزرگ آزمایشگاهی استفاده کنند.
برای اولین بار، این تیم با موفقیت سلولهای بنیادی پرتوان انسانی (نوعی سلول که میتواند هر سلولی را در بدن انسان ایجاد کند) را به سمت تبدیل شدن به نورونهای حرکتی مغز عقبی کارآمد هدایت کرد.
سلولها مانند نورونهای مغز عقبی واقعی رفتار کردند. آنها سیگنالهای الکتریکی معروف به پتانسیل عمل تولید کردند و پروتئینهایی مرتبط با مناطق خاصی از مغز عقبی ساختند که عضلات صورت و بلع را کنترل میکنند.
سپس محققان به تکامل روی آوردند تا ببینند این شکاف رشدی تا چه حد ممکن است به عقب برگردد.
الگویی با قدمت بیش از ۵۰۰ میلیون سال
این تیم با بررسی بیش از ۵۵۰ میلیون سال تاریخ تکامل، شواهدی از همین ترتیب دو خاستگاهی را در مرغها، ماهیهای زبرا و حتی کرمهای بلوطی یافتند. این حیوانات کوچک در کف دریا زندگی میکنند و جد مشترک بسیار دوری با انسانها دارند.
محققان همچنین خاطرنشان کردند که عروس دریایی که حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پیش از انسانها جدا شد، دارای دو سیستم عصبی است که در انتهای مختلف بدنشان قرار گرفتهاند.
این یافتهها در کنار هم این احتمال را افزایش میدهند که مغز مهرهداران مدرن زمانی پدید آمده است که تکامل، دو سیستم عصبی از پیش موجود را در مجاورت فیزیکی نزدیک قرار داده است.
احتمالات جدید برای تحقیقات ALS و SMA
این کار میتواند پیامدهای مهمی برای دانشمندانی داشته باشد که SMA و ALS و سایر اختلالاتی را مطالعه میکنند که به ساقه مغز آسیب میرسانند.
یکی از موانع اصلی، دسترسی به بافت انسانی بوده است. نمونههای ساقه مغز را نمیتوان از بیماران زنده برای تحقیقات معمول جمعآوری کرد، و این امر بررسی مستقیم نورونهای آسیبدیده را بسیار دشوار میکند. توانایی رشد نورونهای مغز خلفی در ظرف آزمایشگاهی میتواند به دانشمندان این امکان را بدهد که با دقت بسیار بیشتری بررسی کنند که در این بیماریها چه مشکلی رخ میدهد.
مغز خلفی همچنین در حوزه اصلی دیگری از پزشکی نقش دارد: کنترل وزن. این مغز حاوی مدارهای عصبی است که گرسنگی را تنظیم میکنند، که از جمله سیستمهایی هستند که تحت تأثیر داروهای کاهش وزن مانند سماگلوتید قرار میگیرند.
محققان اکنون میخواهند بررسی کنند که نخاع از نظر تکاملی از کجا میآید و با دقت بیشتری مشخص کنند که چگونه SMA و ALS نورونهای مغز خلفی را مختل میکنند.
یافتههای این پژوهش به زودی در مجله Nature Neuroscience منتشر خواهد شد.