در یک مطالعه جدید، پژوهشگران توانستند نشان دهند که ممکن است بتوان رفتار یک موجود زنده را از طریق تحریک سیناپس در اتصالات عصبی او برعکس کرد. این پژوهش، یک رویکرد جدید برای مطالعه مدارهای عصبی کنترل‌کننده رفتار موجودات زنده که پیامدهای مهمی در نحوه تفکر دانشمندان در مورد کانکتوم‌های (connectomes) عصبی دارد فراهم می‌کند. کانکتوم به دیاگرام جامع اتصالات عصب‌ها در مغز موجودات زنده گفته می‌شود.
در حال حاضر، فن‌آوری‌های جدید به تلاشهایی که در راستای ترسیم نقشه تمام اتصالات عصبی در مغز برای درک چگونگی پردازش اطلاعات و کنترل رفتار انجام شده است کمک می‌کنند. مغز انسان شامل 1011 عصب است که روی هم 1015 اتصال عصبی تشکیل می‌دهند. مجموع طول فرآیندهای عصبی در مغز انسان حدود 4 میلیون مایل است و در سراسر این شبکه، عصب‌ها با یکدیگر از طریق سیناپس‌های تحریکی و مهارکننده با یکدیگر ارتباط دارند که سبب فعال یا غیرفعال شدن آنها می‌شود.
با این حال، این نقشه مسیرهای عصبی (کانکتوم)، شامل اطلاعاتی در مورد فعالیت عصب‌ها و یا سیگنالهایی که رد و بدل می‌کنند نمی‌شود. حال این سوال پیش می‌آید که چگونه این مدارهای عصبی در مغز پایدار می‌شوند؟ آیا اتصالات بین عصب‌ها محدود به جریان یافتن اطلاعات و یا رفتارهای تحت کنترل آنهاست؟ پیچیدگی مغز انسان پاسخ به چنین پرسشهایی را تقریبا غیرممکن می‌سازد.
برای یافتن پاسخ، دانشمندان یک کرم کوچک که تنها 302 عصب دارد را مورد مطالعه قرار دادند. این جانور تنها موجودی است که نقشه مسیرهای عصبی آن به طور کامل تعریف شده است.
در این مطالعه، دانشمندان به دنبال راهی بودند تا دریابند که آیا تحریک کردن یک سیناپس و تغییر حالت آن از مهارکننده به تحریک‌کننده در مغز کرم، برای برعکس کردن یک رفتار کافی است یا خیر. برای این‌کار، آزمایش «واکنش لمسی نماتد (nematode) برای فرار از دام قارچ گوشتخوار» را انجام داده و در آن از انگل سی.الگانس (C. elegans) استفاده کردند. این انگل یک موجود زنده آزادزی است که در خاک به صورت غیر انگلی زندگی می‌کند و بنابراین آزمایش روی آن خطری ندارد. به دلیل وجود ویژگیهای خاص این انگل، دانشمندان در سراسر دنیا از آن به عنوان یک مدل تحقیقاتی در زمینه بیولوژی و علوم اعصاب استفاده می‌کنند. در طول این آزمایش، انتقال‌دهنده‌های عصبی منتشر می‌شوند که یک کانال یونی مهارکننده را فعال می‌کنند. این سبب می‌شود تا کرم با انقباض سر خود، به سرعت تغییر جهت داده و از دشمن دور شود.
دانشمندان این کانال یونی مهارکننده را با یک کانال یونی تحریک‌کننده در مسیر عصبی کرم لوله‌ای زنده جایگزین کردند و مشاهده شد که این کانال یونی جدید نه تنها بر ساز و کار این فرآیند تاثیرگذار نیست بلکه به درستی در مدارهای عصبی مغز کرم گنجانده شده است و این گونه سلولهایی که به طور طبیعی در مغز مهار شده‌اند فعال می‌شود.
مهم‌تر از همه اینکه، از طریق این آزمایش دانشمندان توانستند به سادگی با تحریک یک سیناپس و تغییر آن در شبکه عصبی، رفتار کرم را به طور کامل برعکس کنند. حال این حیوان می‌تواند سر خود را منقبض کند و تمایل دارد که برای پاسخ دادن به این حالت لمسی، به سمت جلو حرکت کند. این نشان می‌دهد که دیاگرام اتصالات عصبی به طور قابل ملاحظه‌ای پایدار است و اجازه چنین تغییراتی را می‌دهد.
این مطالعات نشان می‌دهد که تغییر یک سیناپس علاوه بر ارائه یک مکانیسم مصنوعی جدید برای تحریک پاسخ رفتاری، می‌تواند یک مکانیسم تکمیلی برای تغییر رفتار نیز ایجاد کند.
پژوهشگران امیدوارند این مطالعه راهی جدید برای کشف یک مکانیسم جدید برای آزمودن عملکرد مدارهای عصبی و یا حتی طراحی آنها در داخل بدن باز کند.
این پژوهش در PLOS Biology منتشر شده است.
No tags for this post.