فك باحثون من كلية الطب بجامعة ويل كورنيل وزملاؤهم بعد إجرائهم دراسة على يرقات السمك المخطط بعمر أسبوع واحد شفرة كيفية تشكيل شبكة الخلايا العصبية في جذع الدماغ لتوجيه نظر السمك.
نُشرت هذه الدراسة في مجلة (Nature Neuroscience) في 22 نوفمبر، فقد اكتشف الباحثون أن الدوائر الاصطناعية المبسطة المعتمدة على هيكل النظام العصبي هذا يمكن أن تتنبأ بالنشاط في الشبكة.
بالإضافة إلى الكشف عن كيفية معالجة الدماغ للذاكرة قصيرة المدى، وقد تؤدي هذه الاكتشافات إلى وسائل جديدة لعلاج اضطرابات حركة العين.
قد يهمك أيضًا مكونات الخلية العصبية وآلية انتقال الناقلات العصبية
كيف تتكون الذاكرة؟
تتلقى الكائنات الحية باستمرار مجموعة من المعلومات الحسية عن بيئتها التي تتغير من لحظة إلى أخرى؛ لتقييم حالة معينة بدقة؛ لذا يجب على الدماغ الاحتفاظ بهذه المعلومات مدة كافية لتشكيل صورة كاملة باستخدامها مثل: ربط الكلمات في جملة واحدة أو إبقاء عين الحيوان مركزة على منطقة معينة تثير اهتمامه.
قال المؤلف الرئيس (إيمري أكساي) حامل شهادة الدكتوراه، والأستاذ المشارك في علم وظائف الأعضاء والفيزياء الحيوية في كلية طب وايل كورنيل: «إن محاولة فهم كيفية ظهور سلوكيات الذاكرة قصيرة المدى هذه على مستوى الآليات العصبية هو الهدف الأساس لهذا المشروع».
وقد قاد أكساي هذه الدراسة بالتعاون مع الدكتور مارك جولدمان من جامعة كاليفورنيا في ديفيس والدكتور سيباستيان سيونغ من جامعة برينستون.
قد يهمك أيضًا لمحة عامة عن الجهاز العصبي ج 1
نمذجة الأنظمة الديناميكية
ولفك تشفير سلوك مثل هذه الدوائر العصبية يستخدم علماء الأعصاب أدوات من الأنظمة الديناميكية بما في ذلك بناء نماذج رياضية لوصف كيفية تغير حالة النظام بمرور الوقت، فتحدد الحالة الحالية حالتها المستقبلية وفقًا لمجموعة من القواعد.
فعلى سبيل المثال ستظل دائرة الذاكرة قصيرة المدى في حالة مفضلة واحدة حتى يظهر تحفيز جديد يؤدي إلى انتقالها إلى حالة نشاط جديدة.
في النظام الحركي البصري يمكن أن تخزن كل حالة ذاكرة حول المكان الذي يجب أن ينظر إليه الحيوان، لكن ما المعالم التي تساعد في بناء هذا النظام الديناميكي؟
أحد الاحتمالات هو الهيكل التشريحي للدوائر العصبية من الروابط بين كل خلية عصبية وعدد هذه الروابط، والاحتمال الآخر قد يكون القوة الفسيولوجية لهذه الروابط التي تحددها عوامل عدة مثل كمية النواقل العصبية التي تفرز، وأنواع مستقبلات المشابك وتركيز هذه المستقبلات.
لفهم إسهام تشريح الدوائر العصبية درس الدكتور أكساي وزملاؤه يرقات السمك المخطط، فبحلول اليوم الخامس من حياتها تكون هذه اليرقات قادرة على السباحة وصيد الفريسة، وهي مهارة تتطلب انتباهًا بصريًا مستمرًا.
والأهم للفريق هو أن مناطق الدماغ التي تتحكم بحركات العين في الأسماك والثدييات متشابهة من الناحية الهيكلية، لكن نظام السمك المخطط يحتوي فقط 500 خلية عصبية، وقال الدكتور أكساي: «لذلك يمكننا تحليل الدائرة كلها مجهريًا ووظيفيًا»، «وهذا ما يصعب تحقيقه في الكائنات الفقارية الأخرى».
قد يهمك أيضًا ما تعريف الخلية؟ وما مكوناتها؟
السمك المخطط يكشف الدوائر العصبية
باستخدام مجموعة من تقنيات التصوير المتقدمة حدد الدكتور أكساي وزملاؤه الخلايا العصبية المشاركة في التحكم بتثبيت نظر الحيوان، ثم حددوا كيفية اتصال هذه الخلايا ببعضها، واكتشفوا أن النظام يتكون من دائرتين بارزتين تحتوي كل منهما ثلاث مجموعات من الخلايا مرتبطة ارتباطًا وثيقًا.
فقد استخدم الباحثون هذا الهيكل الفريد لبناء نموذج حسابي، واكتشفوا أن شبكتها الاصطناعية يمكنها التنبؤ بدقة بنمط النشاط في دائرة السمك المخطط، وقد تحققوا من ذلك بمقارنة النتائج مع البيانات الفسيولوجية.
وقال الدكتور أكساي: «أعتقد في البداية أنني اختصاصي فسيولوجي؛ لذا كنت مندهشًا من قدرتنا على التنبؤ بسلوك كثير من الدوائر فقط بالهيكل التشريحي فقط».
في المرحلة التالية سيستكشف الباحثون كيف تؤثر الخلايا في كل مجموعة على سلوك الدائرة، وإذا ما كانت الخلايا العصبية في المجموعات المختلفة تحمل سمات وراثية مختلفة، ويمكن أن توفر هذه المعلومات للأطباء إمكانية استهداف الخلايا علاجيًا التي قد تؤدي إلى اضطرابات في حركة العين.
إضافة إلى أن هذه الاكتشافات توفر مخططًا لكشف الأنظمة الحسابية الأكثر تعقيدًا التي تعتمد على الذاكرة قصيرة المدى في الدماغ، مثل تلك التي تشارك في فك تشفير المشاهد البصرية أو فهم الكلام.
يجب عليك تسجيل الدخول أولاً لإضافة تعليق.