الدكتور شاي صباح من كلية الطب في الجامعة العبرية، أحد قادة البحث المنشور في مجلة نيورون: "كان الرأي السائد أن كل خلية عصبية تعمل ككيان مستقل. في المقابل، نحن نفهم الآن أن كل من المشابك العصبية (الوصلات التي تمر عبرها الإشارات بين الخلايا) تعمل بشكل مستقل. يمكن وصف كل خلية عصبية بأنها جسم يحتوي على مئات أو آلاف الأذرع (نقاط الاشتباك العصبي)، حيث يمكن لكل ذراع أن يؤدي عملاً مختلفًا تمامًا، بشكل مستقل تقريبًا عن الأذرع المحيطة به.
تتم معالجة الإشارات العصبية التي تصل إلى نهايات الخلية العصبية في جسم الخلية وتنتقل إلى خلايا عصبية أخرى من خلال وصلات صغيرة تسمى المشابك العصبية. لعقود من الزمن، كان الافتراض العام هو أن النشاط في جسم الخلية يشبه النشاط في كل من نقاط الاشتباك العصبي، إلا أن دراسة جديدة أجراها الدكتور شاي صباح من كلية الطب في الجامعة العبرية والبروفيسور كيسوكي يونهارا من كلية الطب في الجامعة العبرية. قسم الطب الحيوي في جامعة آرهوس، الذي نشر في المجلة العلمية نيورون، غيّر التصور السائد أظهر الباحثون لأول مرة أن نقاط الاشتباك العصبي المختلفة لنفس الخلية العصبية يمكنها إرسال أجزاء مختلفة من المعلومات، بحيث يمكن لخلية عصبية واحدة في الواقع إرسال معلومات مختلفة إلى عدد كبير من الخلايا العصبية. بمعنى آخر، أظهر الباحثون أن التنظيم الفريد للمشابك العصبية يجعل من الممكن إجراء عدد كبير من الحسابات في وقت واحد بواسطة خلية عصبية واحدة، وإنتاج تنوع هائل في نوع وكمية المعلومات المنقولة. إن اكتشاف هذه الآلية قد يسمح للدراسات المستقبلية بتفسير العديد من الظواهر الأخرى للجهاز العصبي التي لم يتم فك شفرتها بعد.
واستخدم الباحثون دائرة عصبية في شبكية عين الفأر متخصصة في اكتشاف اتجاه الحركة كنظام نموذجي. في شبكية العين، تمتص أجهزة الكشف التي تسمى المستقبلات الضوئية الضوء الذي يدخل العين، وتحوله إلى إشارات كهربائية. يتم بعد ذلك نقل هذه الإشارات إلى خلايا شبكية أخرى تسمى الخلايا ثنائية القطب. تحمل هذه الخلايا الإشارة، ومثل العدائين في سباق التتابع، تنقل الإشارة من خلال المشابك العصبية إلى الخلايا العصبية الأخرى التي تنقل اتجاه الحركة إلى الدماغ - تسمى هذه الخلايا بالخلايا العقدية. تعمل الخلايا العقدية بقوة عندما تتحرك الأجسام في المجال البصري في اتجاه واحد، ولكنها لا تعمل على الإطلاق عندما تتحرك الأجسام في الاتجاه المعاكس. ولم يكن يُنظر إلى الخلايا ثنائية القطب حتى الآن إلا على أنها رسل، تنقل رسالة من أجهزة الكشف إلى الخلايا العقدية، ومنها إلى وجهتها في الدماغ.
وقد قامت دراسات سابقة بقياس العدد الإجمالي للإشارات التي ترسلها الخلية ثنائية القطب عبر نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها، ووجدت أن هذا المجموع يشبه إلى حد كبير الإشارة المقاسة من جسم الخلية. من ناحية أخرى، وجد البروفيسور يونهارا والدكتور صباح في الدراسة الحالية أن هذا الانطباع يخفي تواصلًا أكثر إثارة للاهتمام بين خلايا الشبكية. أولاً، من خلال قياس نشاط كل مشبك من المشابك العصبية على حدة، تبين أن كل مشبك عصبي يتصرف بشكل مختلف. ثانيًا، اكتشف الباحثون أن بعض المشابك العصبية كانت حساسة لاتجاه الحركة، فهي تعمل فقط عندما يتحرك الجسم المرصود في اتجاه معين. ولدهشتهم، اكتشف الباحثون أن كل خلية ثنائية القطب تم اختبارها تحتوي على أربع مجموعات من المشابك العصبية، لكل منها اتجاه مفضل مختلف للحركة - لأعلى أو لأسفل أو للأمام أو للخلف.
من المعروف أن تحفيز الأعصاب يمكن أن يزيد أو يخفض مستوى نشاط المشابك العصبية، ولكن يبدو أن المشابك العصبية في الخلايا ثنائية القطب أكثر تعقيدًا بكثير - فهي تظهر حساسية خاصة لاتجاه معين من الحركة. اكتشف الباحثون أيضًا الآلية التي مكنت من إجراء حساب فريد لكل مشبك من هذا القبيل، ويبدو أن الآلية تعتمد على المقارنة بين الإشارات الواردة من نوعين آخرين من الخلايا العصبية، يستخدم كل منهما مادة كيميائية مختلفة (تسمى الناقل العصبي). . كشفت هذه النتائج أن الحساسية لاتجاه الحركة يتم حسابها بشكل مستقل في كل من المشابك العصبية، بحيث يمكن لخلية واحدة ثنائية القطب أن تنقل إشارات حول اتجاهات مختلفة للحركة إلى خلايا عقدية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الخلايا ثنائية القطب أصغر حجمًا وأكثر كثافة من الخلايا العقدية، وبالتالي، فإن اختراع المجموعات الأربعة المختلفة من المشابك العصبية، في كل خلية من الخلايا ثنائية القطب، يسمح للشبكية بتمييز الاختلافات في اتجاه حركة الأجسام مع دقة عالية للغاية، عبر مجال الرؤية بأكمله.
واختتم الدكتور صباح هذا الأسبوع قائلاً: "من الناحية النظرية، تكشف هذه الدراسة عن قدرة حسابية عالية بشكل غير متوقع للمشابك العصبية في الخلايا العصبية للثدييات، وتوفر رؤى مهمة حول كيفية توليد عدد كبير من الإشارات الفريدة من خلية عصبية واحدة". "حتى الآن، كان الرأي السائد هو أن كل خلية عصبية تعمل ككيان مستقل. في المقابل، نحن نفهم الآن أن كل من المشابك العصبية، التي تنقل الإشارات إلى الخلايا الأخرى، تعمل بشكل مستقل. وقياسًا على ذلك، يمكن وصف كل خلية عصبية بأنها جسم يحتوي على مئات أو آلاف الأذرع (نقاط الاشتباك العصبي)، حيث يمكن لكل ذراع القيام بعمل مختلف تمامًا، بشكل مستقل تقريبًا عن الأذرع المحيطة. وتشكل هذه الاكتشافات اختراقا واتجاها جديدا في مجال أبحاث الدماغ."
نفذ العمل الأكاديمي فريقان بحثيان، ضم أحدهما أكيهيرو ماتسوموتو وستيلا سولفيج نولت من مختبر البروفيسور كيسوكي يونهارا في جامعة آرهوس في الدنمارك، والآخر ضم ويام أغباريا ورافان أندرياس وهيدرا ليفي من جامعة آرهوس في الدنمارك. مختبر الدكتور شاي صباح في كلية الطب في الجامعة العبرية.
