توضح نتائج البحث كيف أن تغيير خريطة المشبك العصبي قد يؤدي إلى تغيير في السلوك
في مواجهة الخطر، فإن غريزة الحيوانات الأساسية هي الهروب - وبسرعة. ولكن عندما تعرضت الديدان المجهرية لمحفز مؤلم في المختبر في معهد وايزمان للعلوم، هربت الإناث على الفور - في حين بقي الذكور في مكانهم وأظهروا قدرا أكبر من التحمل للمحفز. وقد تفاجأ العلماء بهذا الاختلاف الواضح بين النوع، ومخلوق آخر بهذه البساطة من الناحية التطورية. وكان هذا الاختلاف بين الذكور والإناث فرصة لهم لفحص أحد الأسئلة العظيمة للدماغ: كيف تملي الأسلاك العصبية، أي الروابط بين الخلايا العصبية، السلوك.
يقول الدكتور: "أردنا التحقق من كيفية ترميز هذا السلوك المختلف للإناث والذكور في الشبكات العصبية". ميتال أورين سويزا من قسم علم الأعصاب بالمعهد. وبالفعل ما يسمى بالدودة الشفافة جيم ايليجانس إنها مرشحة ممتازة للبحث في هذه القضية. تتميز هذه الدودة الشعرية، التي يبلغ طولها حوالي ملليمتر واحد، بمجموعة واسعة نسبيًا من السلوكيات، وقد تم رسم خريطة كاملة للاتصالات بين خلاياها العصبية البالغ عددها 1 خلية في كلا النوعين.
بدأ البحث بسلسلة من التجارب بقيادة الطالبة البحثية فلاديسلافا (لادا) باتشوك، اختبر فيها الباحثون ما يحدث للديدان عند تعرضها لمواد خطرة. وقام العلماء بدراسة مستقبلات الألم (المشابهة لمستقبلات الألم لدى البشر)، والتي تسمح للديدان باستشعار المواد الخطرة. ولدهشة الباحثين، كانت استجابة المستقبلات هي نفسها في كلا الجنسين، لكن الاستجابة السلوكية كانت، كما ذكرنا، مختلفة تمامًا: هربت الإناث على الفور من مكان الخطر، بينما بقي الذكور في مكانهم حتى شدة الخطر. تجاوز المحفز حدًا معينًا، أي حتى أصبح تركيز المادة الخطرة مرتفعًا بدرجة كافية. وعندما فحص العلماء الدوائر العصبية المسؤولة عن معالجة المعلومات الحسية، رأوا أنها تتكون بالفعل من نفس الخلايا العصبية لدى كلا الجنسين، لكن خريطة الاتصالات بينهما اختلفت في عدد كبير من الأماكن.
ومن أجل فحص أي من الاختلافات التي تم اكتشافها تؤثر على السلوك الملاحظ، ضمت الدكتورة أورين سويسا زميلتها في القسم البروفيسور د. العاد شنيدمان، الذي تبحث مجموعته، من بين أمور أخرى، في العلاقة بين بنية الشبكات العصبية ووظيفتها. وبناءً على نتائج التجارب على الديدان، قام طالب البحث المشترك في المختبرين، جال جولدمان، ببناء نموذج حسابي لدوائر استشعار الخطر لدى الذكور والإناث. لقد تنبأ النموذج الذي بناه جولدمان بأن الاختلافات السلوكية يمكن بالفعل تفسيرها من خلال الاختلافات في التوصيلات بين الخلايا في كلا الجنسين. علاوة على ذلك، توقع النموذج أن الفرق الأكثر أهمية بين الأسلاك الأنثوية والذكرية ينبع من مشبك عصبي واحد فقط، وهو الاتصال بين خليتين عصبيتين، الموجود في الإناث ولكن ليس في الذكور.
وكانت الخطوة التالية هي اختبار تنبؤات النموذج ومحاولة "إعادة برمجة" الذكور. وفي إجراء صعب للهندسة الجزيئية، أضافت بيتشوك وزملاؤها الاتصال المفقود إلى الدائرة المسؤولة عن استشعار الخطر في الدودة الذكرية. وكانت النتائج مذهلة: فقد بدأ الذكور ذوو المشبك الاصطناعي في الفرار من الخطر تمامًا مثل الإناث.
"من الواضح لنا أن جزءًا كبيرًا من طبيعة نشاط الدوائر العصبية يتم تحديده من خلال الوصلات بين الخلايا العصبية في الدائرة، ولكن من الصعب جدًا التحقيق والتوصيف التجريبي للعلاقة بين بنية الدائرة وخصائصه في الأنظمة المعقدة مثل أدمغة الثدييات"، يوضح البروفيسور شنيدمان. "من ناحية أخرى، فإن الجهاز العصبي للدودة بسيط نسبيًا ويمكن الوصول إليه، لذلك تمكنا من إعادة برمجة دوائره العصبية واختبار تنبؤات النموذج الحسابي الذي أنشأناه."
والسؤال الذي يظل مطروحا هو: لماذا طورت ذكور الديدان ميلا إلى تعريض نفسها للخطر؟ ويعتقد الباحثون أن وراء هذا السلوك تكمن القوة التطورية التي أطلق عليها داروين الانتقاء الجنسي: تفضيل السمات التي تشجع على العثور على شريك - حتى على "سعر" التعرض بشكل أكبر للحيوانات المفترسة أو غيرها من المخاطر؛ والمثال الأيقوني على ذلك هو ذيل الطاووس. بمعنى آخر، افترض الباحثون أن الاستجابة للخطر أو الألم قد تقف في طريق ذكور الديدان إلى الإناث.
"يجب على ذكر الدودة أن يخاطر - إذا تجنب أي إشارة مشؤومة في بيئته، فلن يصل إلى الأنثى"، يوضح الدكتور أورين سويزا. من ناحية أخرى، لا تحتاج الدودة الأنثوية بالضرورة إلى ذكر، لأنها خنثى - تنتج أعضائها التناسلية كلا من البيض والحيوانات المنوية، حتى تتمكن من تخصيب نفسها.
وقد دعمت التجارب في المختبر هذه الفرضية: فبينما قفز الذكور غير المعدلين وراثيا على الفور نحو الإناث - وإلى الجحيم مع إشارات الخطر على الطريق - تحركت الذكور المعدلة وراثيا في مسارات معقدة وأعادت تتبع مساراتها مرارا وتكرارا؛ ونتيجة لذلك، استغرق الأمر منهم وقتًا أطول بعشر مرات للحصول على فتيات محتملات.
توضح نتائج البحث كيف أن تغيير خريطة المشبك العصبي قد يؤدي إلى تغيير في السلوك. إن الدماغ البشري في الواقع أكثر تعقيدًا من الجهاز العصبي جيم ايليجانس ولديها تريليونات من المشابك العصبية، مقارنة بحوالي 5,000 في الدودة الصغيرة، لكن البنية الأساسية المبنية على الاتصالات بين الخلايا العصبية هي نفس البنية. يوضح البروفيسور شنايدمان: "إن التغيير في مشبك عصبي واحد لن يؤدي إلى تغيير في سلوك البشر، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى إعادة توصيل الأسلاك على نطاق مختلف تمامًا". وقد تكون نتائج الأبحاث ذات صلة أيضًا ببناء أنظمة صناعية تحاكي نشاط الدماغ كله أو أجزاء منه، وترسم اتجاهًا جديدًا لدراسة الآليات المسؤولة عن الاختلافات في إدراك الألم بين الجنسين. - الاختلافات التي تم توثيقها في الدراسات التي أجريت على حيوانات تطورية أكثر تعقيدًا، بما في ذلك البشر.
كما شارك في الدراسة العالم الدكتور يهودا سالزبيرج من مختبر الدكتور أورين سويزا وعلماء من جامعة بوفالو (SUNY) وجامعة روتشستر.
جيم ايليجانس تتطور من بيضة إلى دودة بالغة خلال 3 أيام. تعيش الدودة في المختبر حوالي 3 أسابيع، أما في بيئتها الطبيعية -الفاكهة المتعفنة في التربة- فيمكنها البقاء على قيد الحياة لعدة أشهر. ليس لديها عيون أو آذان، لكنها تتفاعل مع الأضواء والأصوات وتكون قادرة على التعلم والاحتفاظ بالذكريات لمدة 24 ساعة أو أكثر، وهذا ليس سيئًا حتى من الناحية البشرية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
