چگونه هورمون استرس یادگیری مغز را محدود میکند
پژوهشگران برای نخستین بار مسیر زیستی تازهای را شناسایی کردهاند که نشان میدهد هورمون استرس کورتیزول از طریق سلولهایی به نام آستروسیتها به بسته شدن «دورههای بحرانی» رشد مغز کمک میکند؛ کشفی که میتواند در آینده به درک بهتر اختلالاتی مانند اوتیسم، اسکیزوفرنی و دوقطبی بینجامد، هرچند هنوز فاصله زیادی تا کاربردهای درمانی آن وجود دارد.
به گزارش سیناپرس، یکی از بزرگترین رازهای علوم اعصاب این است که چرا مغز در سالهای نخست زندگی توانایی خارقالعادهای برای یادگیری دارد؛ اما این انعطافپذیری بهتدریج کاهش مییابد. نوزادان در مدت کوتاهی زبان مادری را میآموزند، سامانه بینایی آنان با دریافت تصاویر شکل میگیرد، صداها را از هم تشخیص میدهند و ارتباطات اجتماعی را فرا میگیرند؛ تواناییهایی که یادگیری آنها در بزرگسالی معمولا بسیار دشوارتر است.
پایان دورههای طلایی یادگیری مغز
دانشمندان دهههاست میدانند که مغز برای بسیاری از این مهارتها، بازههای زمانی ویژهای دارد که به آنها «دورههای بحرانی» (Critical Periods) گفته میشود؛ دورههایی محدود در اوایل زندگی که طی آنها مدارهای عصبی نسبت به تجربههای محیطی بیشترین حساسیت را دارند و با سرعت زیادی سازماندهی میشوند. با پایان یافتن این دورهها، انعطافپذیری مغز یا همان «پلاستیسیته عصبی» (Brain Plasticity) کاهش پیدا میکند و تغییر دادن مدارهای عصبی دشوارتر میشود. با وجود دهها سال پژوهش، این پرسش اساسی که چه چیزی پایان این دورههای بحرانی را کنترل میکند، تا حد زیادی بیپاسخ مانده بود.
نقش هورمون استرس در کاهش انعطافپذیری مغز
اکنون گروهی از پژوهشگران «دانشکده پزشکی هاروارد» در مطالعهای که نتایج آن در نشریه معتبر «نیچر» (Nature) منتشر شده است، بخشی از این معما را روشن کردهاند. آنها در آزمایشهایی روی موشها نشان دادهاند که هورمون استرس کورتیزول ــ یا دقیقتر، هورمون متناظر آن در جوندگان یعنی کورتیکوسترون ــ تنها هورمونی برای پاسخ به استرس نیست، بلکه آغازگر زنجیرهای از رویدادهای مولکولی در مغز است که به کاهش تدریجی انعطافپذیری مغز و بسته شدن دورههای بحرانی رشد کمک میکند. پژوهشگران همچنین با تحلیل دادههای موجود از مغز انسان دریافتند که همین مسیر زیستی در انسان نیز وجود دارد؛ هرچند هنوز مشخص نیست دقیقا همان نقش را ایفا میکند یا خیر و پاسخ به این پرسش به پژوهشهای بیشتری نیاز دارد.
انعطافپذیری مغز؛ کلید یادگیری و سازگاری
منظور از «انعطافپذیری مغز» توانایی مغز برای تغییر دادن ارتباط میان سلولهای عصبی، ایجاد مسیرهای عصبی جدید یا تقویت و تضعیف ارتباطهای موجود در پاسخ به تجربه، یادگیری یا آسیب است. این ویژگی است که به کودک امکان میدهد زبان بیاموزد، مهارتهای حرکتی را کسب کند و حتی پس از برخی آسیبهای مغزی بخشی از عملکرد از دسترفته را بازیابی کند. البته انعطافپذیری مغز به این معنا نیست که هر ناحیه مغزی بتواند هر وظیفهای را بر عهده بگیرد. هر بخش مغز تا حد زیادی برای انجام کارکردهای مشخصی سازمان یافته است و اگرچه میتواند تا اندازهای خود را با شرایط جدید سازگار کند، اما این توانایی نامحدود نیست و محدودیتهای زیستی خود را دارد.
گیرندهای که مسیر بلوغ مغز را هدایت میکند
یکی از مهمترین جنبههای این پژوهش، تغییر نگاه به نقش سلولهایی به نام «آستروسیتها» است. سالها توجه دانشمندان عمدتا بر نورونها، یعنی سلولهای اصلی انتقالدهنده پیامهای عصبی، متمرکز بود؛ اما آستروسیتها که بخش بزرگی از سلولهای مغز را تشکیل میدهند، اگرچه پیامهای الکتریکی را مانند نورونها منتقل نمیکنند، وظایف حیاتی فراوانی بر عهده دارند. این سلولهای ستارهایشکل محیط شیمیایی مناسب برای فعالیت نورونها را حفظ میکنند، در تشکیل و حفظ اتصالات سیناپسی و در حفظ و تنظیم سد خونی-مغزی نقش دارند و از آنجا که در تماس نزدیک با رگهای خونی قرار دارند، از نخستین سلولهایی هستند که تغییرات ایجادشده در خون، از جمله تغییر غلظت هورمونها، را احساس میکنند. یافته جدید نشان میدهد آستروسیتها صرفا سلولهای پشتیبان نیستند، بلکه میتوانند به هورمونهای موجود در خون پاسخ دهند و روند بلوغ مدارهای عصبی را هدایت کنند.
نقش اصلی را در این فرایند، پروتئینی به نام گیرنده گلوکوکورتیکوئیدی (Glucocorticoid Receptor) ایفا میکند. این گیرنده به خانواده گیرندههای هستهای تعلق دارد و پس از اتصال به هورمونهای گلوکوکورتیکوئیدی مانند کورتیزول، وارد هسته سلول میشود و فعالیت شمار زیادی از ژنها را کم یا زیاد میکند. به بیان ساده، این گیرنده مانند یک کلید تنظیم ژنتیکی عمل میکند که به سلول میگوید در پاسخ به حضور کورتیزول کدام ژنها را روشن یا خاموش کند. پژوهشگران در این مطالعه دریافتند که فعال شدن همین گیرنده در آستروسیتها برنامهای متشکل از بیش از یکصد ژن را فعال میکند؛ برنامهای که در نهایت به بلوغ ساختارهای اطراف نورونها و کاهش انعطافپذیری مغز منجر میشود.
گامی تازه برای شناخت اختلالات مغزی
اهمیت این کشف تنها به توضیح یکی از بنیادیترین مراحل رشد مغز محدود نمیشود. اگر پژوهشهای آینده نشان دهند همین سازوکار در انسان نیز همان عملکردی را دارد که در موشها مشاهده شده است، ممکن است بتوان بهتر فهمید چرا در برخی اختلالات عصبی رشدی یا عصب روانپزشکی، مانند اوتیسم، اسکیزوفرنی یا اختلال دوقطبی، زمان باز و بسته شدن دورههای بحرانی از روند طبیعی خارج میشود. با این حال، خود پژوهشگران تاکید میکنند که این مطالعه هنوز در مرحله پژوهش پایه است و نباید از آن چنین برداشت کرد که راهی برای درمان این بیماریها کشف شده یا نقش کورتیزول در انسان به طور قطعی اثبات شده است. این یافته در واقع، مسیر زیستی تازهای را معرفی میکند که اکنون باید در مطالعات بعدی به دقت بررسی شود.
در همین زمینه، با پروفسور «مایکل گرینبرگ» (Prof. Michael Greenberg)، استاد نوروبیولوژی دانشکده پزشکی هاروارد، استاد نورولوژی بیمارستان کودکان بوستون و مدیر مرکز پژوهش اوتیسم «هاکای. تان و کی. لیزا یانگ» (Hock E. Tan and K. Lisa Yang) در مدرسه پزشکی هاروارد، گفتوگو انجام شده است. گرینبرگ از شناختهشدهترین متخصصان نوروبیولوژی مولکولی در جهان است و آزمایشگاه او سالهاست بررسی میکند که تجربههای زندگی چگونه با تغییر فعالیت ژنها، شکلگیری مدارهای عصبی، یادگیری و رشد مغز را هدایت میکنند. پژوهشهای این گروه نقش مهمی در شناخت سازوکارهای زیستی اختلالات عصبیرشدی، از جمله اوتیسم، داشته و یافتههای آنها از پایههای مهم پژوهشهای امروزی در حوزه انعطافپذیری مغز محسوب میشود.
پروفسور مایکل گرینبرگ – Prof. Michael Greenberg
چطور متوجه شدید کورتیزول و آستروسیتها در این فرایند نقش دارند؟
این مشاهده کلیدی از بررسی اثر تجربه بینایی بر بیان ژن در سطح تکسلولی در قشر بینایی مغز به دست آمد؛ ناحیهای که اطلاعات بینایی دریافت شده از چشمها را پردازش و یکپارچه میکند.
این بررسی نشان داد که در آستروسیتها، نواحی تنظیمکنندهای که تغییرات وابسته به تجربه بینایی در بیان ژن را کنترل میکنند، دارای جایگاه اتصال گیرنده گلوکوکورتیکوئیدی هستند؛ گیرندهای که کورتیزول به آن متصل میشود. ادامه این مطالعه، در واقع، از همین کشف اولیه شکل گرفت.
این یافته، نگاه ما به نقش هورمون استرس در رشد مغز را چگونه تغییر میدهد؟
این یافته نشان میدهد که بسیاری از اثرات دیگر هورمونهای استرس نیز احتمالاً از طریق تغییرات مشابه در فعالیت ژنهای آستروسیتها ایجاد یا هدایت میشوند.
چرا آستروسیتها تا امروز کمتر مورد توجه بودند و پژوهش شما چه چیزی درباره نقش آنها نشان داد؟
در یک دهه گذشته، یافتههای متعدد دیگری نیز نقش آستروسیتها را در رشد مغز مطرح کردهاند. مطالعه ما بُعد مهم و تازهای به این مجموعه پژوهشها اضافه میکند و نشان میدهد که آستروسیتها میتوانند با پاسخ دادن به هورمونهایی که از طریق خون به مغز میرسند، به تغییرات وضعیت کلی بدن واکنش نشان دهند.
آیا یافتههای شما نشان میدهد مغز بزرگسالان بیشتر از تصور ما توانایی تغییر و یادگیری دارد؟
قطعا همینطور است.
پیش از اینکه بدانیم این سازوکار در انسان هم همین اثر را دارد، باید به چه پرسشهایی پاسخ داده شود؟
به نقل از آنا، گام مهم بعدی این است که مشخص شود آیا این مسیر زیستی یکی از سازوکارهایی است که از طریق آن استرس در سالهای آغازین زندگی بر رشد و عملکرد مغز اثر میگذارد یا خیر.
آیا این یافته میتواند در آینده به درمان اختلالاتی مانند اوتیسم یا دیگر بیماریهای مغزی کمک کند؟
من فکر میکنم چنین امکانی وجود دارد. این مسیر جدید در آستروسیتها در اوایل زندگی، یعنی در همان دورهای که این اختلالات پدیدار میشوند، فعال میشود. به نظر میرسد این احتمال وجود داشته باشد که واریانتهای ژنی که باعث تنظیم نادرست این مسیر پیچیده آستروسیتی میشوند، در بروز این اختلالات نیز نقش داشته باشند. این موضوعی است که قصد داریم در آینده آن را بررسی کنیم.
