كشفت شبكات الخلايا العصبية المزروعة في المختبر عن آلية تنظيمية جديدة تحافظ على التوازن بين التنشيط وقمع نشاط الدماغ
يعتمد كل نشاط في القشرة الدماغية على شبكات من الخلايا العصبية المترابطة التي تنتج نشاطًا كهربائيًا عفويًا لا يعتمد بالضرورة على مدخلات من العالم الخارجي. معظم الخلايا في الشبكة (حوالي 80٪) تحفزها على العمل والجزء الصغير (حوالي 20٪) يثبط نشاطها. من المعروف أن التوازن بين التنشيط والقمع أمر بالغ الأهمية للأداء الطبيعي للدماغ: نوبات الصرع، على سبيل المثال، تحدث عندما ينتهك هذا التوازن؛ ولكن حتى الآن لم يكن من الممكن التحكم في العلاقة بين الخلايا المنشطة والخلايا المثبطة من خلال تجربة مضبوطة. وفي دراسة جديدة ذلكنشرت في المجلة العلمية "سجلات الأكاديمية الأمريكية للعلوم" (PNAS) كشف لأول مرة علماء معهد وايزمان للعلوم، بالتعاون مع باحثين من جامعة توبنغن في ألمانيا، كيف يتم الحفاظ على التوازن الدقيق بين القمع والتنشيط من خلال تنظيم الاتصالات بين الخلايا العصبية في الدماغ.
تعاون في البحث علماء من ثلاثة مجالات بحثية - عالم الفيزياء التجريبية البروفيسور. إليشع موسى من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة، وطالبيه نيريت سوكنيك وإيال فينيريف؛ البروفيسور عالم الأعصاب مناحيم سيجال من قسم علم الأحياء العصبي، وعالمة الفيزياء النظرية البروفيسور آنا ليفينا من جامعة توبنغن وطالبها البحثي أوليغ فينوغرادوف.
أخذ سوكنيك خلايا عصبية من دماغ فأر وفصل الخلايا المثيرة عن الخلايا الكابتة، ثم أعاد إنمائها في شبكات بنسبة دقيقة لعدد الخلايا الكابتة إلى الخلايا المثيرة. على غرار الخلايا العصبية في دماغنا، تتواصل الخلايا العصبية في زراعة الأنسجة مع بعضها البعض حتى في غياب المحفزات الخارجية. يحدث هذا الاتصال في شكل رشقات نارية شبكية للعديد من الخلايا العصبية.
ولفحص كيفية تأثير النسبة بين عدد الخلايا من كل نوع على معدل الدفقات، قام العلماء تدريجياً بزيادة النسبة النسبية للخلايا العصبية الكابتة من 0 إلى 100%. وعندما قارنوا البيانات التي تم الحصول عليها في التجربة بنموذج رياضي قاموا بإنشائه، تفاجأوا: "طالما كانت نسبة الخلايا العصبية القمعية بين 10% و90% - فإن معدل نشاط الشبكة لم يتغير. فقط عندما انخفض بعضها إلى أقل من 10% أو تجاوز 90%، تم تسجيل تغيير في نشاط الشبكة"، يتذكر البروفيسور موزيس.
وفي تجارب أخرى على الخلايا الفردية، اكتشف البروفيسور سيجال أن الخلايا العصبية تعوض التغيرات في تكوين الخلايا عن طريق تقليل أو زيادة عدد الوصلات بينها: عندما تزيد نسبة الخلايا العصبية المثبطة، تقلل الخلايا عدد الوصلات بين الخلايا، بحيث يبقى التوازن بين إشارات التنشيط والتعطيل ثابتًا.
من المعروف أن الروابط بين الخلايا العصبية في دماغنا تتغير باستمرار. ولذلك يفترض العلماء أن هذه الآلية هي التي تحافظ على التوازن بين التنشيط والتعطيل وتسمح للدماغ بالعمل بالشكل المطلوب حتى لو تضررت بعض الخلايا العصبية المثيرة أو المثبطة أو تغيرت شدة نشاطها.
ويشير البروفيسور سيجال إلى أن التوازن بين التنشيط والتعطيل في الدماغ البشري يتغير ليس فقط في الحالات المرضية، مثل الصرع أو مرض باركنسون، ولكن أيضًا بعد الأحداث الروتينية، مثل التخدير الطبي أو الإجهاد العقلي أو الإفراط في تناول الكحول أو القهوة. "إن الحفاظ على التوازن أمر ضروري لأداء الدماغ السليم، لذلك فمن المنطقي أن يكون لديه آلية تكيف قوية تحت تصرفه تحافظ على العلاقة الصحيحة بين التنشيط والقمع."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
