مغز انسان شاید یک اندام واحد نباشد

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد بخش‌های جلویی و پشتی مغز انسان از دودمان‌های سلولی متفاوتی شکل می‌گیرند و شاید منشأ تکاملی جداگانه‌ای داشته باشند.

به گزارش سرویس علمی تک‌ناک، بخش‌های مختلف مغز وظایف بسیار متفاوتی دارند. بخشی از مغز اطلاعات حسی و فرایندهای مرتبط با تفکر را مدیریت می‌کند. در مقابل، بخش‌های دیگری وظایف حیاتی مانند تنظیم ضربان قلب و تنفس را برعهده دارند. پژوهش جدید نشان می‌دهد که این تفاوت‌ها ممکن است به نخستین مراحل شکل‌گیری مغز بازگردد.

محققان دانشگاه استنفورد در مطالعه‌ای روی موش‌ها به شواهدی رسیده‌اند که بر اساس آنها می‌توان بخش جلویی و پشتی مغز را از نظر منشأ جنینی، دو ساختار مجزا در نظر گرفت. این دو بخش ممکن است حتی منشأ تکاملی متفاوتی داشته باشند.

این یافته می‌تواند دیدگاه رایج درباره مغز به‌ عنوان یک اندام با منشأ واحد را تغییر دهد و مسیر تازه‌ای برای تولید سلول‌های عصبی در آزمایشگاه و مطالعه بیماری‌های نورون حرکتی باز کند.

منشأ متفاوت بخش‌های جلویی و پشتی مغز انسان

کایل لو، زیست‌شناس تکوینی و نویسنده ارشد این مطالعه بیان کرد که محققان برای نخستین بار نشان داده‌اند که بخش جلویی مغز از سلول پیش‌سازی کاملا متفاوت با بخش پشتی آن منشأ می‌گیرد. به گفته او، این کشف اکنون امکان پرورش نورون‌های پس‌مغز در ظرف آزمایشگاهی و مطالعه عملکرد آنها را فراهم می‌کند.

حدود سه هفته پس از لقاح، بدن انسان تنها از چند ده هزار سلول تشکیل شده است. این سلول‌ها در سه لایه اصلی قرار می‌گیرند. یک لایه در نهایت بافت‌های روده، ریه‌ها، مثانه، کبد، پانکراس و برخی دیگر از اندام‌های داخلی را ایجاد می‌کند.

لایه دوم اندام‌های تولیدمثل، اسکلت، ماهیچه‌ها و سیستم گردش خون را می‌سازد. لایه سوم که اکتودرم نام دارد، در نهایت پوست و سیستم عصبی را تشکیل می‌دهد.

بیشتر بخوانید: تبدیل مغز مگس میوه به استخراج کننده بیت‌کوین

شناسایی دو جمعیت کاملا مجزای سلولی

یکی از پرسش‌های قدیمی زیست‌شناسی تکوینی این بوده است که آیا سلول‌های اکتودرم از همان مراحل اولیه برای تبدیل شدن به پیش‌مغز، میان‌مغز یا پس‌مغز برنامه‌ریزی شده‌اند یا بعدا عوامل محیطی سرنوشت آنها را مشخص می‌کنند.

پیتر نیوکوپ، جنین‌شناس هلندی از دهه ۱۹۵۰ میلادی معتقد بود که سلول‌های پیش‌ساز مغز انسان در اکتودرم یکسان هستند. ساختار ظاهرا پیوسته مغز نیز این دیدگاه را منطقی جلوه می‌داد. با وجود این، مطالعات متعدد روی حیوانات شواهد متفاوتی ارائه کرده‌اند.

یکی از مشکلات اساسی برای پاسخ به این پرسش، تشخیص سرنوشت ذاتی سلول از تأثیر موقعیت آن در محیط اطراف است. پژوهشگران نمی‌توانند سلول‌های اکتودرم را به‌سادگی جابه‌جا کنند و سپس منتظر بمانند تا مشخص شود که آیا همچنان مغزی با عملکرد طبیعی تشکیل می‌شود یا خیر.

لو و همکاران او برای حل این مشکل، تغییرات بیان ژن را در مراحل حساس رشد اکتودرم عصبی جنین یک‌هفته‌ای موش بررسی کردند. آنها از رنگ‌آمیزی و توالی‌یابی RNA استفاده کردند و دو جمعیت سلولی مجزا با نام‌های Sox2+ Otx2+ یا aNE و Sox2+ Gbx2+ یا pNE را شناسایی کردند.

موقعیت این دو جمعیت در جنین موش با محل سلول‌هایی مطابقت داشت که طبق نقشه‌های کلاسیک سرنوشت سلولی، در آینده پیش‌مغز و میان‌مغز یا پس‌مغز را تشکیل می‌دهند.

این یافته نشان می‌دهد که پس‌مغز احتمالا از همان حدود سه هفته پس از لقاح، از دودمان سلولی متفاوتی با پیش‌مغز و میان‌مغز شکل می‌گیرد. این مرحله تقریبا هم‌زمان با دوره‌ای است که اندام‌های اصلی دیگر مانند قلب نیز در حال متمایز شدن هستند.

بیشتر بخوانید: ساخت مغز ترکیبی انسان و موش در آزمایش دانشگاه استنفورد

راهی تازه برای ساخت نورون‌های پس‌مغز

محققان در بررسی‌های دقیق‌تر، تفاوت‌هایی را در نحوه بسته‌بندی مواد کروموزومی در دو نوع سلول مشاهده کردند. این تفاوت‌ها شواهد بیشتری ارائه کردند که نشان می‌دهد جمعیت‌های سلولی سازنده بخش‌های مختلف مغز از همان مراحل اولیه، ویژگی‌های متفاوتی دارند.

این کشف می‌تواند دلیل شکست تلاش‌های گذشته برای تولید نورون‌های پس‌مغز از برخی سلول‌های بنیادی اکتودرمی را نیز توضیح دهد. این سلول‌ها احتمالا پیش از آغاز آزمایش، در مسیر تبدیل شدن به نورون‌های پیش‌مغز یا میان‌مغز قرار گرفته بودند.

رایان جوخای، یکی از نویسندگان اول مطالعه عنوان کرد که پژوهشگران حوزه سلول‌های بنیادی معمولا بر تولید سلول نهایی مانند نورون تمرکز می‌کنند، اما آغاز کار از نخستین مراحل رشد جنینی اهمیت زیادی دارد. به گفته او، توجه دقیق به این مرحله اولیه باعث شد پژوهشگران این جدایی بنیادی در روند رشد مغز را شناسایی کنند.

محققان با استفاده از این شناخت توانستند یک سلول بنیادی جنینی را به نورون حرکتی مشابه نورون‌های موجود در پس‌مغز انسان تبدیل کنند. این موفقیت می‌تواند امکان ساخت مدل‌های آزمایشگاهی دقیق‌تری از بافت‌های مغزی را فراهم کند.

چنین مدل‌هایی می‌توانند برای مطالعه بیماری‌های نورون حرکتی، از جمله اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا ALS، کاربرد داشته باشند. این روش در آینده ممکن است به پژوهشگران برای بررسی بهتر سازوکار بیماری و توسعه روش‌های درمانی کمک کند.

قدمت جدایی مغز انسان

نتایج این مطالعه فقط به رشد جنینی محدود نمی‌شود. پژوهشگران احتمال می‌دهند که جدایی میان بخش‌های مختلف مغز، میراثی از تاریخ بسیار قدیمی تکامل جانوران باشد.

این گروه با استفاده از مطالعات موجود، جمعیت‌های سلولی aNE و pNE را در جنین گونه‌های دیگری نیز بررسی کرد. این مقایسه شامل مهره‌دارانی مانند ماکاک‌ها و گورخرماهی‌ها و بی‌مهرگانی مانند کرم‌های بلوطی بود.

محققان الگوهای مشابهی را در این گونه‌ها مشاهده کردند. حفظ این الگو در جانوران بسیار متفاوت نشان می‌دهد که تقسیم اولیه سیستم عصبی به دو بخش مجزا ممکن است صدها میلیون سال قدمت داشته باشد.

جوخای بیان کرد که نتایج پژوهش برای او غیرمنتظره بوده است، زیرا واژه «مغز» یک اندام پیوسته را تداعی می‌کند که انتظار می‌رود منشأ واحدی داشته باشد. با وجود این، یافته‌ها نشان می‌دهند که حتی حدود ۵۰۰ میلیون سال پیش نیز سیستم‌های عصبی مجزایی وجود داشته‌اند که در طول تکامل به شکلی به یکدیگر متصل شده‌اند که اکنون تقریبا مانند یک سیستم واحد فعالیت می‌کنند.

این یافته در صورت تأیید در پژوهش‌های بیشتر، می‌تواند تعریف زیست‌شناختی مغز را پیچیده‌تر کند. نتایج مطالعه نشان می‌دهد ساختاری که امروز به‌ عنوان یک اندام یکپارچه می‌شناسیم، ممکن است حاصل کنار هم قرار گرفتن دو سیستم عصبی با منشأهای تکوینی و تکاملی متفاوت باشد.