کشف تازه درباره منشأ مغز انسان؛ آیا مغز امروزی از ادغام دو سامانه عصبی باستانی شکل گرفته است؟
کشف تازه درباره منشأ مغز انسان؛ آیا مغز امروزی از ادغام دو سامانه عصبی باستانی شکل گرفته است؟
مغز انسان در نگاه نخست یک ساختار یکپارچه و هماهنگ به نظر می‌رسد؛ مجموعه‌ای عظیم از سلول‌های عصبی که در ارتباط دائمی با یکدیگر، امکان یادگیری، حافظه، زبان، احساس، حرکت و تصمیم‌گیری را فراهم می‌کنند. بااین‌حال، پژوهشی جدید تصویری متفاوت از گذشته تکاملی مغز ارائه کرده است. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد بخش‌های مختلف مغز ممکن است از همان مراحل بسیار ابتدایی رشد، تاریخچه و برنامه رشدی یکسانی نداشته باشند.
بر اساس نتایج این پژوهش، دو گروه سلولی مجزا در مراحل اولیه شکل‌گیری دستگاه عصبی مسیرهای متفاوتی را دنبال می‌کنند. یکی از این مسیرها به شکل‌گیری بخش‌های جلویی مغز مربوط می‌شود و مسیر دیگر به ساخت قسمت‌های پشتی آن ارتباط دارد. پژوهشگران بر این باورند که چنین الگوی رشدی ممکن است بازتابی از تاریخ تکاملی بسیار قدیمی باشد؛ تاریخی که در آن دو سامانه عصبی متفاوت در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند و سرانجام به شبکه عصبی پیچیده‌ای تبدیل شده‌اند که امروزه در مهره‌داران و به‌ویژه پستانداران دیده می‌شود.
این دیدگاه به معنای آن نیست که مغز انسان از دو مغز مستقل تشکیل شده است. مغز امروزی یک شبکه کاملاً به‌هم‌پیوسته است و بخش‌های گوناگون آن دائماً با یکدیگر ارتباط دارند. نکته اصلی پژوهش این است که شاید برخی از این بخش‌ها در گذشته‌ای بسیار دور، از مسیرهای تکاملی متفاوتی سرچشمه گرفته باشند.
سرنخ‌های این فرضیه در دوران جنینی پیدا شد
پژوهشگران دانشگاه استنفورد برای بررسی منشأ این تفاوت‌ها، مراحل اولیه رشد دستگاه عصبی در جنین موش را مطالعه کردند. در نخستین مراحل رشد جنین، بسیاری از سلول‌هایی که بعدها به نورون‌ها و سایر سلول‌های تخصصی مغز تبدیل می‌شوند، هنوز سرنوشت نهایی خود را پیدا نکرده‌اند. در این دوره، بررسی نحوه فعال شدن ژن‌ها می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره آینده سلول‌ها در اختیار دانشمندان قرار دهد.
محققان متوجه شدند که سلول‌های اولیه عصبی در یک مسیر کاملاً یکسان حرکت نمی‌کنند. بخشی از آن‌ها برنامه ژنتیکی متفاوتی را فعال می‌کنند و گروه دیگری از سلول‌ها مجموعه دیگری از ژن‌ها را به کار می‌اندازند. همین تفاوت ظاهراً مسیر آینده این سلول‌ها را مشخص می‌کند.
در یکی از این گروه‌ها، ژن Otx2 نقش مهمی دارد. فعال شدن این ژن با شکل‌گیری قسمت‌های جلویی مغز ارتباط دارد. این نواحی در انسان در عملکردهای پیچیده‌ای مانند پردازش اطلاعات، حافظه، تفکر و بسیاری از فرایندهای شناختی نقش دارند.
در مقابل، گروه دیگری از سلول‌های اولیه با فعال کردن ژن Gbx2 به سمت شکل‌گیری پس‌مغز حرکت می‌کنند. پس‌مغز در انسان شامل ساختارهایی است که در کنترل بسیاری از فعالیت‌های حیاتی و حرکات هماهنگ بدن نقش دارند. تنظیم تنفس، ضربان قلب، بلع، تعادل و برخی فعالیت‌های حرکتی و غیرارادی از جمله وظایفی هستند که با این بخش‌های دستگاه عصبی ارتباط دارند.
بنابراین، از همان مراحل ابتدایی رشد جنین می‌توان نشانه‌هایی از دو برنامه متفاوت مشاهده کرد؛ برنامه‌هایی که در ادامه، بخش‌های متفاوتی از مغز را به وجود می‌آورند.
چرا تفاوت مسیرهای رشد اهمیت دارد؟
این یافته زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که آن را در کنار تاریخ تکامل مغز قرار دهیم. مغز مهره‌داران امروزی یک ساختار بسیار پیچیده است، اما این پیچیدگی یک‌باره به وجود نیامده است. طی میلیون‌ها سال، دستگاه عصبی جانوران تغییر کرده، بخش‌های مختلف آن گسترش یافته و ارتباط میان قسمت‌های گوناگون پیچیده‌تر شده است.
پژوهشگران مدت‌هاست مغز مهره‌داران را به چند ناحیه اصلی تقسیم می‌کنند. هر یک از این نواحی وظایف متفاوتی دارد و در جریان رشد جنینی نیز الگوهای مشخصی را دنبال می‌کند. پرسش مهم این است که آیا این تفاوت‌ها صرفاً نتیجه تخصصی شدن سلول‌ها در طول رشد هستند یا اینکه ریشه‌ای بسیار قدیمی‌تر دارند؟
مطالعه جدید از فرضیه دوم حمایت می‌کند. اگر مسیرهای رشد متفاوت در گونه‌های مختلف جانوری نیز مشاهده شوند، احتمال دارد که این ویژگی به یکی از مراحل بسیار قدیمی تکامل دستگاه عصبی بازگردد.
به بیان دیگر، شاید آنچه امروزه به صورت بخش‌های مختلف مغز می‌بینیم، فقط حاصل تقسیم کار در یک ساختار واحد نباشد؛ بلکه بخشی از این تفاوت‌ها میراثی از زمانی بسیار دور باشد که سامانه‌های عصبی جداگانه‌ای در کنار یکدیگر وجود داشته‌اند.
دو سامانه عصبی که در طول تکامل به هم پیوستند
یکی از برداشت‌های مطرح‌شده از این پژوهش آن است که در گذشته‌های بسیار دور، دو برنامه یا سامانه عصبی متفاوت در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. این دو سامانه احتمالاً ویژگی‌های رشدی و عملکردی متفاوتی داشته‌اند، اما در جریان تکامل یکی جای دیگری را نگرفته است.
در عوض، هر دو مسیر حفظ شده‌اند و به‌تدریج ارتباط بیشتری میان آن‌ها ایجاد شده است. در طول میلیون‌ها سال، تغییرات ژنتیکی و تکاملی باعث شده این سامانه‌های قدیمی در قالب یک شبکه پیچیده با یکدیگر همکاری کنند.
چنین فرایندی می‌تواند توضیحی برای وجود تفاوت‌های عمیق میان قسمت‌های مختلف مغز ارائه دهد. برخی نواحی بیشتر درگیر فعالیت‌های شناختی و پیچیده هستند، در حالی که قسمت‌های دیگر مسئولیت کنترل فرایندهای حیاتی و خودکار را بر عهده دارند.
البته نباید این موضوع را به شکل ساده‌شده «دو مغز در یک مغز» تعبیر کرد. هیچ بخشی از مغز انسان امروزی به صورت یک سامانه مستقل و جدا از سایر قسمت‌ها عمل نمی‌کند. ارتباط گسترده میان نواحی مختلف مغز یکی از ویژگی‌های اساسی دستگاه عصبی انسان است.
فرضیه مطرح‌شده در این پژوهش بیشتر درباره خاستگاه تکاملی و مسیر رشد جنینی این قسمت‌هاست، نه وجود دو مغز جداگانه در انسان امروزی.
ردپای این الگو فقط در موش‌ها دیده نشد
یکی از بخش‌های مهم مطالعه، بررسی این الگو در گونه‌های دیگر جانوری بود. اگر چنین تقسیم‌بندی رشدی فقط در یک گونه خاص مشاهده می‌شد، نمی‌توانست به‌تنهایی مدرک محکمی برای یک منشأ تکاملی بسیار قدیمی باشد.
به همین دلیل، پژوهشگران الگوهای مشابه را در چند گروه جانوری دیگر نیز بررسی کردند. در این بررسی‌ها نشانه‌هایی از مسیرهای رشدی مشابه در جانورانی مانند گورخرماهی و مرغ مشاهده شد. حتی در برخی بی‌مهرگان دریایی نیز شواهدی پیدا شد که می‌تواند با وجود یک برنامه رشدی بسیار قدیمی در دستگاه عصبی ارتباط داشته باشد.
گستردگی این الگو در میان گونه‌های متفاوت باعث شده پژوهشگران احتمال دهند که جدایی اولیه مسیرهای رشدی مغز بسیار قدیمی‌تر از پیدایش پستانداران باشد.
برخی از برآوردهای مطرح‌شده در این زمینه، خاستگاه این الگو را به بیش از ۵۵۰ میلیون سال پیش نسبت می‌دهند؛ دوره‌ای که بسیاری از شاخه‌های اصلی جانوری در حال شکل‌گیری و گسترش بودند.
اگر این تفسیر در پژوهش‌های آینده نیز تأیید شود، می‌تواند اطلاعات تازه‌ای درباره یکی از بنیادی‌ترین مراحل تاریخ تکامل دستگاه عصبی ارائه کند.
ارتباط این کشف با سلول‌های بنیادی
اهمیت مطالعه فقط به شناخت تاریخچه مغز محدود نمی‌شود. این یافته می‌تواند برای علوم پزشکی و پژوهش‌های مربوط به بیماری‌های عصبی نیز کاربرد داشته باشد.
یکی از چالش‌های مهم دانشمندان در سال‌های اخیر، تولید انواع مشخصی از نورون‌ها در آزمایشگاه با استفاده از سلول‌های بنیادی انسانی بوده است. سلول‌های بنیادی ظرفیت تبدیل شدن به انواع مختلف سلول‌های بدن را دارند، اما تبدیل کنترل‌شده آن‌ها به یک نوع مشخص از نورون، فرایندی پیچیده است.
برای تولید سلول‌های عصبی، پژوهشگران باید مجموعه‌ای از سیگنال‌های مولکولی و ژن‌های خاص را در زمان مناسب فعال یا غیرفعال کنند. اگر تصور شود تمام بخش‌های مغز از یک برنامه رشدی مشابه پیروی می‌کنند، ممکن است یک روش واحد برای تولید انواع مختلف نورون‌ها به کار گرفته شود.
اما یافته جدید نشان می‌دهد که چنین رویکردی همیشه کافی نیست.
اگر سلول‌های مربوط به بخش‌های مختلف مغز از ابتدا برنامه‌های رشدی متفاوتی داشته باشند، تولید آن‌ها در محیط آزمایشگاه نیز به دستورالعمل‌های متفاوتی نیاز خواهد داشت.
تولید نورون‌های پس‌مغزی از سلول‌های بنیادی انسانی
پژوهشگران پس از شناسایی تفاوت‌های موجود در مسیرهای رشدی، از این اطلاعات برای هدایت سلول‌های بنیادی انسانی استفاده کردند. هدف آن‌ها تولید سلول‌های عصبی مرتبط با پس‌مغز بود؛ سلول‌هایی که ساخت آن‌ها در محیط آزمایشگاه پیش‌تر با دشواری‌هایی همراه بوده است.
این دستاورد می‌تواند برای ایجاد مدل‌های آزمایشگاهی دقیق‌تر از بیماری‌های عصبی اهمیت داشته باشد. در بسیاری از بیماری‌های عصبی، یک نوع خاص از نورون‌ها بیشتر از سایر سلول‌ها آسیب می‌بینند. اگر دانشمندان بتوانند همین نورون‌ها را در محیط آزمایشگاه تولید کنند، امکان مطالعه دقیق‌تر نحوه شکل‌گیری بیماری فراهم می‌شود.
از جمله بیماری‌هایی که می‌توانند از چنین مدل‌هایی بهره ببرند، اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا ALS و آتروفی عضلانی نخاعی یا SMA هستند. این بیماری‌ها با آسیب به نورون‌های حرکتی ارتباط دارند و در نتیجه، عملکرد طبیعی عضلات به‌تدریج دچار اختلال می‌شود.
تولید سلول‌های عصبی مناسب می‌تواند به دانشمندان اجازه دهد سازوکارهای بیماری را بهتر بررسی کنند، داروهای احتمالی را در مدل‌های آزمایشگاهی آزمایش کنند و درباره عوامل مؤثر بر آسیب‌دیدن نورون‌ها اطلاعات بیشتری به دست آورند.
یک سرنخ برای بازسازی بهتر مغز در آزمایشگاه
یکی از درس‌های مهم این پژوهش آن است که ساخت مغز در آزمایشگاه را نمی‌توان صرفاً با کنار هم قرار دادن سلول‌های عصبی مختلف شبیه‌سازی کرد. ترتیب زمانی رشد، منشأ سلول‌ها و سیگنال‌هایی که در مراحل ابتدایی فعال می‌شوند، اهمیت بسیار زیادی دارند.
هر گروه از سلول‌های عصبی ممکن است تاریخچه رشدی مخصوص خود را داشته باشد. بنابراین، برای بازسازی دقیق‌تر بافت‌های مغزی، دانشمندان باید این تاریخچه را نیز در نظر بگیرند.
این موضوع به‌خصوص برای پژوهش‌هایی که از سلول‌های بنیادی، ارگانوئیدهای مغزی و مدل‌های سلولی استفاده می‌کنند اهمیت دارد. هرچه شناخت دانشمندان از مراحل اولیه شکل‌گیری مغز دقیق‌تر شود، احتمال تولید مدل‌هایی که شباهت بیشتری به بافت واقعی مغز دارند نیز افزایش پیدا می‌کند.
آیا این یافته تصویر ما از مغز را تغییر می‌دهد؟
پژوهش جدید نگاه تازه‌ای به منشأ مغز ارائه می‌کند، اما هنوز نمی‌توان گفت تمام رازهای تکامل مغز انسان حل شده است. مغز امروزی نتیجه میلیون‌ها سال تغییرات پیوسته است و مسیر تکامل آن احتمالاً بسیار پیچیده‌تر از یک داستان ساده درباره ادغام دو سامانه عصبی بوده است.
همچنین تفاوت میان «دو مسیر رشدی» و «دو سامانه عصبی مستقل» بسیار مهم است. داده‌های این مطالعه بیشتر نشان می‌دهند که برنامه‌های رشد بخش‌های مختلف دستگاه عصبی از ابتدا یکسان نیستند. تفسیر این موضوع به عنوان ادغام دو سامانه عصبی باستانی، یک فرضیه تکاملی است که باید با شواهد بیشتری بررسی شود.
پژوهش‌های آینده می‌توانند مشخص کنند این دو مسیر دقیقاً چگونه در جریان تکامل با یکدیگر ارتباط پیدا کردند، چه تغییرات ژنتیکی باعث هماهنگی آن‌ها شد و این فرایند چگونه در اجداد بسیار دور جانوران شکل گرفت.
مغز انسان؛ شبکه‌ای با گذشته‌ای بسیار قدیمی
مغز انسان امروز از میلیاردها سلول عصبی و شبکه‌ای عظیم از ارتباطات تشکیل شده است. این شبکه امکان انجام فعالیت‌هایی را فراهم می‌کند که در بسیاری از گونه‌های دیگر با چنین پیچیدگی‌ای دیده نمی‌شود. بااین‌حال، بخش قابل توجهی از معماری آن ریشه در فرایندهایی دارد که صدها میلیون سال پیش آغاز شده‌اند.
پژوهش تازه نشان می‌دهد بخشی از این تاریخ ممکن است در همان مراحل اولیه رشد جنینی قابل مشاهده باشد. دو گروه سلولی، دو برنامه ژنتیکی متفاوت و دو مسیر رشدی جداگانه، سرنخ‌هایی درباره گذشته دستگاه عصبی ارائه می‌کنند.
از این منظر، مغز انسان را می‌توان محصول یک فرایند تکاملی بسیار طولانی دانست که در آن ساختارهای قدیمی نه‌تنها از بین نرفته‌اند، بلکه در کنار یکدیگر باقی مانده و به شبکه‌ای بسیار پیچیده‌تر تبدیل شده‌اند.
این نگاه همچنین نشان می‌دهد چرا مطالعه مراحل اولیه رشد جنین برای شناخت مغز اهمیت زیادی دارد. بسیاری از ویژگی‌هایی که در مغز بالغ مشاهده می‌کنیم، ریشه در تصمیم‌های سلولی بسیار زودهنگامی دارند که در آغاز شکل‌گیری دستگاه عصبی گرفته می‌شوند.
در نهایت، یافته‌های این مطالعه تصویری جذاب از گذشته مغز ارائه می‌کنند: ساختاری که امروزه کاملاً یکپارچه به نظر می‌رسد، ممکن است میراث چند مسیر تکاملی متفاوت باشد که طی صدها میلیون سال به یک شبکه هماهنگ تبدیل شده‌اند. پژوهشگران دانشگاه استنفورد با بررسی این مسیرها در مدل‌های جانوری و سلول‌های انسانی، نشان داده‌اند که شناخت منشأ تکاملی مغز تنها یک مسئله مربوط به تاریخ زیست‌شناسی نیست؛ بلکه می‌تواند به درک بهتر رشد مغز و توسعه مدل‌های آزمایشگاهی برای مطالعه بیماری‌های عصبی نیز کمک کند.
این پژوهش در ژورنال Nature Neuroscience منتشر شده است و می‌تواند زمینه را برای تحقیقات بیشتری درباره منشأ بخش‌های مختلف مغز، تکامل دستگاه عصبی و روش‌های دقیق‌تر تولید سلول‌های عصبی در آزمایشگاه فراهم کند.
https://farcoland.com/SckVNM
کپی آدرس
