بوسه نورون‌ها پس از نیم قرن سکوت در برابر دوربین نانویی

01

از 03

نتیجه پانزده سال تلاش

مغز انسان برای انجام کارکردهای پیچیده خود، به شبکه‌ای ظریف از میلیاردها نورون وابسته است؛ سلول‌هایی که از طریق وزیکول‌های سیناپسی (کیسه‌های میکروسکوپی حاوی انتقال‌دهنده‌های عصبی) پیام‌ها را با دقتی حیرت‌انگیز منتقل می‌کنند. نیم‌قرن است که دانشمندان بر سر یک پرسش بنیادی درگیر مناقشه‌ هستند: آیا این وزیکول‌ها هنگام انتقال پیام با غشای سلول ادغام می‌شوند یا تنها لحظه‌ای با آن تماس می‌گیرند و سپس جدا می‌شوند؟ فرایندی که از آن با عنوان «بوسه و فرار» یاد می‌شود.

به گزارش روزنامه ساوت چاینا مورنینگ پست، راز این رویداد به دلیل سرعت و مقیاس فوق‌العاده‌ آن (در حد نانومتر و طی چند میلی‌ثانیه) تا امروز در هاله‌ای از ابهام باقی مانده بود، چرا که ابزارهای کلاسیک تصویربرداری توان ثبت چنین لحظه‌هایی را نداشتند. پژوهشگران دانشگاه علوم و فناوری چین برای عبور از این مرز، بیش از ۱۵ سال صرف طراحی سامانه‌ای نوآورانه کردند؛ میکروسکوپ الکترونی کرایوجنیکی که دقت زمانی و فضایی‌ آن در تاریخ علم بی‌سابقه است. ثمره این تلاش، فناوری پیشرفته‌ای موسوم به «توموگرافی کرایو‌ـ‌الکترونی سلولی زمان‌دار» (cryo-ET) است؛ سیستمی که می‌تواند فعالیت نورون‌ها را در بازه‌هایی به کوتاهی یک میلی‌ثانیه و با وضوحی در مقیاس نانومتر به تصویر بکشد. این دستاورد تاریخی، برای نخستین بار به دانشمندان امکان داد تا کل فرایند برون‌ریزی وزیکول‌های سیناپسی را در زمان واقعی مشاهده کنند.

02

از 03

فرایند بوسه و فرار نورون‌ها

دانشمندان با به‌کارگیری ترکیبی از دو فناوری پیشرفته (تحریک نوری، روشی که نورون‌ها را با تابش نور فعال می‌کند و انجماد لحظه‌ای با سرعت بالا) توانستند بیش از هزار تصویر توموگرافی از سیناپس‌های ناحیه هیپوکامپ مغز موش ثبت کنند. این تصاویر که در بازه‌های زمانی میان صفر تا ۳۰۰ میلی‌ثانیه پس از تحریک نورونی منجمد شده بودند، زنجیره‌ای از رخدادها را آشکار کردند که برای نخستین‌بار دو نظریه متضاد درباره سازوکار انتقال عصبی را به هم پیوند می‌داد.

تنها چهار میلی‌ثانیه پس از آغاز تحریک، وزیکول سیناپسی منفذی به پهنای حدود چهار نانومتر ایجاد کرد؛ لحظه‌ای که دانشمندان از آن با عنوان «بوسه» یاد می‌کنند. سپس در مرحله‌ای موسوم به «کوچک‌ شدن»، سطح آن به حدود نصف کاهش یافت. در ۷۰ میلی‌ثانیه بعدی، بیشتر وزیکول‌ها از غشا جدا و از مسیر موسوم به «فرار» بازیافت شدند، در حالی که شماری دیگر به‌ طور کامل در غشای پیش‌سیناپسی ادغام شدند.

به گزارش مجله Science، این پژوهش، مکانیسمی تازه و واحد برای انتقال سیناپسی ارائه می‌دهد، که «بوسه ـ کوچک‌ شدن ـ فرار» است. مدلی که نشان می‌دهد ارتباط میان نورون‌ها نه کاملا موقتی و نه کاملا دائمی است، بلکه فرایندی ترکیبی و هوشمندانه است که طبیعت آن را برای بیشترین سرعت و کارایی، بهینه کرده است.

03

از 03

افق‌های تازه پیش‌روی علم

استلا هرتلی، معاون سردبیر مجله Science در توضیح اهمیت این دستاورد گفت: «این مکانیسم، مدل‌های متضاد آزادسازی انتقال‌دهنده‌های عصبی را در قالبی واحد به هم پیوند می‌دهد و بنیان‌های کارایی و پایداری ارتباطات سیناپسی را آشکار می‌سازد.»

به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، دانشگاه علوم و فناوری چین (USTC) در بیانیه‌ای اعلام کرده است: «این موفقیت در ثبت بوسه نورون‌ها، چشم‌اندازی نو برای تعمیق درک ما از نحوه پردازش اطلاعات عصبی، عملکردهای مغزی و مکانیسم‌های بیماری‌های مرتبط با آن فراهم می‌کند.»

همچنین این دانشگاه خاطرنشان کرده است که این پلتفرم تصویربرداری پیشرفته، قابلیت بررسی دیگر فرایندهای فوق‌سریع درون‌سلولی مانند تهاجم ویروسی و ترشح سلولی را نیز دارد. به‌ گفته پژوهشگران، ثبت زنده و دقیق‌ترین لحظات گفت‌وگوی نورون‌ها، نه‌تنها به مناقشه‌ای ۵۰ ساله در علوم اعصاب پایان داده، بلکه دروازه‌ای نو به سوی درک سازوکارهای سلولی حیات با جزئیاتی بی‌سابقه گشوده است.