پژوهش جدید دانشمندان نشان میدهد آکسونهای نورونی برخلاف تصور ۱۰۰ ساله ساختاری دانهدانه شبیه رشتهای از مروارید دارند که میتواند درک ما از انتقال پیام در مغز را دگرگون کند.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران دانشکده پزشکی جانز هاپکینز با انتشار مجموعهای از مطالعات جدید اعلام کردند یکی از تصویرهای کلاسیک کتابهای درسی درباره ساختار نورونها ممکن است نیاز به بازنگری اساسی داشته باشد.
بر اساس این یافتهها آکسونها که رشتههای بلند سلولهای عصبی که وظیفه انتقال پیامهای الکتریکی را بر عهده دارند برخلاف تصور رایج لولههایی کاملا صاف و یکنواخت نیستند بلکه ساختاری دانهدانه و شبیه رشتهای از مرواریدها دارند.
این پژوهش نخستینبار در سال ۲۰۲۴ در نشریه Nature Neuroscience منتشر شد و سپس یافتههای تکمیلی آن در سال ۲۰۲۵ در Biophysical Journal ارائه شد. در این مطالعات ساختار مشابهی از آکسونها در نورونهای حرکتی کرم Caenorhabditis elegans، نورونهای هیپوکامپ موش و همچنین نورونهای قشر مغز انسان مشاهده شده است.
ساختاری متفاوت از آنچه یک قرن تصور میشد
به گفته شگی Watanabe، استاد زیستشناسی سلولی و علوم اعصاب در دانشگاه جانز هاپکینز این یافتهها میتواند نگاه دانشمندان به نحوه عملکرد سلولهای عصبی را تغییر دهد.
او میگوید: درک ساختار آکسونها برای فهم سیگنالدهی در مغز اهمیت دارد. آکسونها کابلهایی هستند که بافت مغز را به هم متصل کرده و امکان یادگیری، حافظه و سایر عملکردهای شناختی را فراهم میکنند.
در نگاه سنتی آکسونها به صورت لولههایی باریک و یکنواخت توصیف میشدند که تنها در برخی نقاط دارای برجستگیهایی موسوم به واریسیتیهای سیناپسی هستند؛ بخشهایی که محل ذخیره انتقالدهندههای عصبی محسوب میشوند اما یافته جدید نشان میدهد در بسیاری از نورونها، برجستگیهایی منظم و تکرارشونده وجود دارد که ارتباطی با سیناپسها ندارند و پژوهشگران آنها را واریسیتیهای غیرسیناپسی نامگذاری کردهاند.
ساختار مرواریدی در مقیاس نانو
بررسیهای دقیق نشان میدهد این ساختارها در مقیاس بسیار کوچک شکل میگیرند. بخشهای متورم یا مرواریدی حدود ۲۵۰ نانومتر قطر دارند و بخشهای باریک میان آنها حدود ۷۰ نانومتر هستند. برای مقایسه طول آکسونها میتواند از حدود ۱۰۰ میلیمتر تا ۱۰۰۰ میلیمتر متغیر باشد در حالی که قطر آنها تنها حدود ۱۰۰ نانومتر است.
برای مشاهده این جزئیات پژوهشگران از میکروسکوپ الکترونی انجماد سریع با فشار بالا استفاده کردند؛ روشی که نسبت به روشهای معمول ساختار سلولی را با دقت بسیار بیشتری حفظ میکند. به گفته Watanabe این روش مانند منجمد کردن یک انگور به جای خشک کردن آن تا تبدیل شدن به کشمش است؛ زیرا شکل طبیعی سلولها بهتر حفظ میشود.
نقش غشاء سلولی در شکلگیری ساختار
پژوهشگران در ابتدا احتمال دادند که این ساختار ناشی از اسکلت داخلی آکسون باشد، اما آزمایشها نشان داد حتی با اختلال در این اسکلت الگوی مرواریدی همچنان باقی میماند. در ادامه تحلیلهای ریاضی و شبیهسازیهای فیزیکی نشان دادند که احتمالا ویژگیهای فیزیکی غشاء سلولی عامل اصلی این پدیده است.
آزمایشهای بیشتر نیز این فرضیه را تأیید کرد. تغییر غلظت محیط اطراف نورونها نشان داد که افزایش قند باعث کوچک شدن این برجستگیها و رقیق شدن محیط باعث بزرگتر شدن آنها میشود. همچنین کاهش کلسترول غشاء که موجب کاهش سختی آن میشود همزمان باعث کاهش این ساختار مرواریدی و کاهش سرعت انتقال سیگنالهای الکتریکی شد.
به گفته Watanabe فضای بازتر در آکسونها به یونها اجازه میدهد سریعتر حرکت کنند و از ایجاد ترافیک در مسیر جلوگیری میشود.
تأثیر فعالیت عصبی بر ساختار آکسون
پژوهشها نشان دادند تحریک الکتریکی با فرکانس بالا نیز موجب تغییر این ساختار میشود؛ بهطوریکه برجستگیها به طور میانگین ۸ درصد در طول و ۱۷ درصد در عرض افزایش مییابند و این وضعیت حداقل به مدت ۳۰ دقیقه باقی میماند. در همین شرایط سرعت انتقال پیامهای عصبی نیز افزایش پیدا میکند اما زمانی که کلسترول غشاء حذف شد این تغییرات ساختاری و افزایش سرعت انتقال سیگنال دیگر مشاهده نشد.
شواهدی از بافت زنده مغز انسان
در مطالعهای دیگر که در سال ۲۰۲۵ در مجله Neuron منتشر شد این یافتهها در بافت زنده مغز انسان نیز بررسی شد. پژوهشگران با استفاده از تکنیک zap-and-freeze electron microscopy فعالیت سیناپسی را در بافتهای مغزی استخراجشده از بیماران جراحی صرع ثبت کردند.
نتایج نشان داد که در هر دو نمونه موش و انسان سیناپسها از فرایندی بسیار سریع به نام اندوسیتوز فوقسریع برای بازیافت وزیکولهای سیناپسی استفاده میکنند و همچنین همان ساختار دانهدانه در آکسونهای انسان نیز وجود دارد.
به نقل از برنا، علاوه بر این تجمع پروتئین dynamin ۱xA در نزدیکی نواحی فعال سیناپسی در هر دو گونه مشاهده شد که نشاندهنده یک سازوکار مشترک برای عملکرد سریع سیناپسها است.
این یافتهها میتوانند درک دانشمندان از ساختار و عملکرد آکسونها را به طور جدی تغییر دهند. اگرچه برای دههها آکسونها به عنوان لولههایی یکنواخت در نظر گرفته میشدند اما شواهد جدید نشان میدهد آنها ساختاری پویا، پیچیده و وابسته به ویژگیهای فیزیکی غشاء دارند؛ موضوعی که میتواند پیامدهای مهمی برای فهم عملکرد مغز، انتقال سیگنالهای عصبی و حتی بیماریهای عصبی داشته باشد.