مغز انسان را از این زاویه هرگز ندیده‌اید!

وقتی سانتیاگو رامون ئی کاخال، پدر علوم اعصاب مدرن، برای اولین بار با یک میکروسکوپ به بافت مغز انسان نگریست، چیزی جز جنگلی نفوذناپذیر و دَرهم از میلیاردها عصب ندید. او هرروز تکه‌ای مبهم از این جنگل را می‌دید و سعی داشت یک راهنما، یک نقشه، از مغز انسان ترسیم کند.

دانشمندان بالاخره این نقشه را تهیه کردند. در مجموعه‌ای شامل ۲۱ مقاله در سه ژورنال مختلف، تیم‌های پژوهشی یک اطلس بزرگ از کل مغز برای انسان و نخستی‌سانان ارائه داده‌اند. این کار بخشی از پروژه BRAIN سازمان سلامت آمریکاست که پنج سال به‌طور انجامید.

با استفاده از نتایج این پروژه، دانشمندان می‌توانند با تفکیک سلولی بسیار بالا به مغز گونه‌های مختلف نگاه کنند؛ کاری که پیش از این غیرممکن بود.

اطلس یا نقشه مغز انسان چیست؟

اطلس مغز یک نقشه سه‌بعدی از مغز است. پیش از این اطلس‌هایی وجود داشتند، اما این مجموعه مقالات جدید نقشه‌ای با تفکیک بی‌سابقه از مغز انسان‌ها و نخسی‌سانان غیرانسانی فراهم خواهند کرد.

نقشه مغز انسان شامل موقعیت و عملکرد بیش از ۳٬۰۰۰ نوع سلول در مغز انسان‌های بالغ و درحال رشد است.

این نقشه بخشی از پروژه شبکه سرشماری سلول BRAIN است که در سال ۲۰۱۷ با هدف تولید نقشه سه‌بعدی و جامع مغز موش‌ها آغاز شد. هدف از مطالعه مغز موش‌ها این بود که تأیید شود روش‌های نقشه‌برداری از مغز برای مغزهای بزرگ‌تر نیز به‌کار می‌آیند.

و البته که مشخص شد این روش‌ها کارایی خارق‌العاده‌ای برای تهیه نقشه مغز انسان دارند.

یافته‌های مطالعات اولیه چه بود؟

مغز انسان بسیار بسیار پیچیده است. تا امروز، پژوهشگران بیش از ۳٬۳۰۰ نوع سلول در آن شناسایی کرده‌اند.

پیش‌بینی می‌شود که با انتشار نقشه‌های جدید با تفکیک بالا، انواع سلولی بسیار بیشتری نیز شناسایی شوند. تلاش‌ها برای تهیه اطلس مغز موش‌ها باعث شناسایی ۵٬۰۰۰ نوع سلول در مغز این جانور شد.

مکان این پیچیدگی نیز جالب است. بسیاری از مطالعات علوم اعصاب در نواحی بیرونی مغز متمرکز هستند. این نواحی مسئول توانایی‌های حافظه، یادگیری، زبان و غیره هستند. اما مشخص شد که درواقع بخش زیادی از پیچیدگی سلولی مغز در ساختارهای تکاملی قدیمی‌تر در اعماق مغز متمرکز است.

اما پشت این پیچیدگی، سادگی‌هایی نیز وجود دارد. برای مثال، بسیاری از نواحی مغز انواع سلولی مشترکی با مقادیر متفاوت دارند.

این تصویر رندر سه‌بعدی نورون‌های بازسازی‌شده از برش‌های مغز زنده را نشان می‌دهد. تنوع رنگ و شکل این نورون‌ها انواع بسیار گسترده نورون‌ها را در مغز انسان منعکس می‌کند.
THE KAROLINSKA INSTITUTE WITH THE ALLEN INSTITUTE FOR BRAIN SCIENCE

نقشه مغز انسان چگونه ساخته شد؟

رویکردهای قدیمی علوم اعصاب سلول‌های مغز را براساس شکل ستاره‌ای آستروسیت‌ها یا عملکرد آن‌ها طبقه‌بندی می‌کردند. اما حالا دانشمندان با استفاده از تکنولوژی‌های ژنومیک یک طبقه‌بندی جدید ارائه داده‌اند. این تکنیک توالی‌یابی سلول واحد (single-cell sequencing) نام دارد.

دانشمندان کار خود را با یک بافت منجمد مغز از یک بانک زیستی آغاز کردند. تکنیک توالی‌یابی باعث می‌شود تا دانشمندان با مطالعه ژن‌های بیان‌شده در هسته سلول از کارکرد آن سردربیاورند و پروفایلی از هر سلول تهیه کنند.

مطالعه ژن‌هایی که هر سلول استفاده می‌کند باعث شناسایی الگوهای بیان ژن می‌شود که سلول‌های مغز براساس آن‌ها گروه‌بندی می‌شوند. سپس با استفاده از داده‌های تصویربرداری از مغز اهداکننده، مکان سلول در فضای مغز تعیین می‌شود.

نقشه مغز می‌تواند به دانشمندان کمک کنند تا بیماری‌های مغزی را بهتر بفهمند. افسردگی، شیزوفرنی، آلزایمر و بسیاری دیگر از بیماری‌ها می‌توانند با این روش مطالعه شوند. تنها کار لازم این است که دانشمندان به تهیه نقشه‌ای از مغز بیمار مبتلا به این بیماری‌ها بپردازند و آن را با اطلس مرجع مقایسه کنند.

قدم بعدی دانشمندان تهیه یک اطلس جامع با جزییات و تفکیکی حتی بیشتر است.