چگونه نورون‌های ما با استرس ناشی از مغز بزرگ کنار می‌آیند؟

درک اینکه نورون‌های انسان چگونه با انرژی مورد نیاز مغزی بزرگ و فعال کنار می‌آیند، می‌تواند راه‌های جدیدی را برای درمان اختلالات عصبی فراهم کند.

انسان‌ها در طول تکامل در مقایسه با خویشاوندان نخستی‌سان خود، مغزهای نامتناسب و بزرگی داشته‌اند؛ اما چنین ارتقاء عصبی چشمگیری، بدون هزینه‌ نبوده است. دانشمندانی که مشغول مطالعه‌ی این بده‌بستان تکاملی بوده‌اند، ویژگی‌های ژنتیکی منحصر‌به‌فردی را کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد سلول‌های مغز انسان چگونه استرس ناشی از کارکرد مغز بزرگ را کنترل می‌کنند. این یافته می‌تواند الهام‌بخش تحقیقات جدید برای درک بیماری‌هایی مثل پارکینسون و اسکیزوفرنی باشد.

مطالعه‌ی محققان که ۱۵ نوامبر در پایگاه داده بایوآرکایو منتشر شد، روی نورون‌هایی تمرکز دارد که انتقال‌دهنده‌ی عصبی دوپامین را تولید می‌کنند. دوپامین برای حرکت، یادگیری و پردازش هیجانی بسیار مهم است.

رشد سریع مغز انسان در طول تکامل چالش‌هایی را برای سلول‌های مغزی ایجاد کرده است

به‌گزارش نیچر، محققان با مقایسه‌ی هزاران نورون دوپامین رشد‌یافته در آزمایشگاه از انسان‌‌ها، شامپانزه‌ها، ماکاک‌ها و اورانگوتان‌ها، دریافتند که نورون‌های دوپامین انسانی نسبت به سایر پستانداران، ژن‌های بیشتری را بیان می‌کنند که فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های کاهش‌دهنده‌ی آسیب را افزایش می‌دهند.

آندره سوزا، عصب‌شناس دانشگاه ویسکانسین-مدیسن، اعتقاد دارد یافته‌های مطالعه‌ی جدید که هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته‌اند، گامی به سوی درک تکامل مغز انسان و تمام خصوصیات بالقوه منفی و مثبت آن است. او می‌گوید جالب و مهم است که واقعاً تلاش کنیم تا بفهمیم چه ویژگی خاصی در مورد مغز انسان وجود دارد تا در آینده بتوانیم موفق به ابداع درمان‌های جدید شویم یا حتی درکل از بیماری‌ها اجتناب کنیم.

نورون‌های تحت استرس

الکس پولن، عصب‌شناس در دانشگاه کالیفرنیا سانفرانسیسکو و یکی از نویسندگان مطالعه، می‌گوید همان‌طور که در تکامل انسان راه‌رفتن عمودی به مشکلات زانو و کمر منجر شده و تغییرات در ساختار فک و رژیم غذایی، مشکلات دندان را به‌دنبال داشته، رشد سریع مغز انسان در طول تکامل نیز چالش‌هایی را برای سلول‌های مغزی ایجاد کرده است. پولن می‌افزاید ما فرض کردیم همین فرآیند در مغز رخ داده و نورون‌های دوپامین نمایانگر قسمت‌های آسیب‌پذیر هستند.

«نورون‌های دوپامین ورزشکاران واقعی محسوب می‌شوند و پیوسته فعال هستند.»

پولن و همکارانش با استفاده از ابزار تصویربرداری نشان دادند که دو ناحیه‌ی تقاضا‌کننده‌ی دوپامین در مغز انسان به شکل چشمگیری بزرگتر از ماکاک‌ها است. قشر پیش‌پیشانی مغز ما ۱۸ برابر بزرگ‌تر و جسم مخطط تقریباً هفت برابر بزرگ‌تر است.

با‌این‌حال به‌گفته‌ی پولن، انسان‌ها نسبت به خویشاوندان نخستی‌سان خود فقط دوبرابر تعداد نورون‌های دوپامینی بیشتر دارند. بنابراین، این نورون‌ها باید در مغز بزرگ‌تر و پیچیده‌ترِ انسان، بیشتر کشیده شوند و سخت‌تر کار کنند و هر کدام بیش از دو میلیون سیناپس را تشکیل دهند. نناد سستان، عصب‌شناس رشدی در دانشگاه ییل می‌گوید: «نورون‌های دوپامین ورزشکاران واقعی محسوب می‌شوند و پیوسته فعال هستند.»

پولن و همکارانش برای درگ چگونگی سازگاری و مقابله‌ی نورون‌های دوپامین انسانی با بزرگی مغز، نسخه‌هایی از این سلول‌ها را در آزمایشگاه رشد دادند. تیم تحقیقاتی سلول‌های بنیادی را که توانایی تبدیل به سلول‌های زیاد را دارند، از هشت انسان، هفت شامپانزه، سه ماکاک و یک اورانگوتان ترکیب و آن‌ها را به ساختارهای مینیاتوری مغز‌مانندی به نام ارگانوئیدها تبدیل کردند. ارگانوئیدها پس از ۳۰ روز، با تقلید از یک مغز درحال رشد شروع به تولید دوپامین کردند. سپس تیم تحقیقاتی نورون‌های دوپامین را تعیین توالی ژنتیکی کرد تا مشخص کند کدام ژن‌ها روشن و چگونه کنترل شده‌اند.

محققان با تجزیه‌و‌تحلیل نورون‌های انسان و شامپانزه، دریافتند که نورون‌های انسانی سطوح بالاتری از ژن‌هایی را بیان می‌کنند که مسئول مدیریت استرس اکسیداتیو هستند. استرس اکسیداتیو نوعی آسیب سلولی است که ممکن است توسط فرآیند انرژی‌بر تولید دوپامین ایجاد شود. ژن‌ها‌ی بیان‌شده توسط نورون‌ها، آنزیم‌هایی را رمزگذاری می‌کنند که مولکول‌هایی سمی به نام «گونه‌های واکنش‌پذیر اکسیژن» را که می‌توانند به سلول‌ها آسیب برسانند، تجزیه و خنثی می‌کنند. به‌طور‌خلاصه، ژن‌هایی که سلول‌های عصبی انسان تعداد بیشتری از آن‌ها دارند، آنزیم‌هایی تولید می‌کنند که مولکول‌های مضر را شکسته و خنثی و از سلول‌ها در برابر آسیب محافظت می‌کنند.
بیشتر بخوانید

محققان می‌خواستند ببینند آیا نورون‌های دوپامین انسان راه‌های خاصی برای کنترل استرس دارند یا خیر. محققان از آفت‌کشی استفاده کردند که باعث استرس اکسیداتیو روی ارگانوئیدها می‌شود و دریافتند که نورون‌های انسانی تولید مولکولی به نام BDNF را افزایش می‌دهند که معمولاً در افراد مبتلا به بیماری‌هایی مانند پارکینسون کمتر است. این پاسخ در نورون‌های شامپانزه دیده نشد که نشان‌دهنده‌ی پاسخ استرس منحصر‌به‌فرد در نورون‌های انسان است.
تقویت تاب‌آوری

درک مکانیسم‌های محافظتی مغز از استرس ممکن است به ابداع درمان‌هایی کمک کند که دفاع سلولی را در افرادِ در‌معرض‌خطرِ بیماریِ پارکینسون تقویت می‌کند. سوزا می‌گوید: «برخی از این محافظت‌ها[ی مغزی] ممکن است دراثر جهش در همه[ی افراد] وجود نداشته باشد که نوعی آسیب‌پذیری بیشتر در آن‌ها ایجاد می‌کند.»

پولن می‌گوید چند هدف بالقوه وجود دارد که ممکن است در مدل‌های حیوانی بیماری پارکینسون آزمایش شود تا ببینیم آیا نورون‌ها را قوی‌تر می‌کنند یا خیر.

ارگانوئیدهای موجود در مطالعه، نشان‌دهنده‌ی نورون‌های در‌حال‌رشد، یعنی معادل نورون‌های جنینی هستند و پیچیدگی نورون‌های بالغ را به‌طور‌کامل درک نمی‌کنند. سوزا می‌گوید تحقیقات آتی باید بررسی کند که چگونه مکانیسم‌های محافظتی استرس در نورون‌های بالغ و مسن استوار می‌مانند، زیرا بیماری‌های دژنراتیو که باعث زوال تدریجی نورون‌ها می‌شوند، معمولاً در اواخر زندگی رخ می‌دهند.