من خلال تعديل المجالات الكهرومغناطيسية في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي واستخدام "التحول الكيميائي"، تمكن فريق بقيادة البروفيسور عساف تال من تتبع التغيرات قصيرة المدى في الغلوتامات وGABA بعد دقائق من التعلم الحركي - وهو دليل على الترميز الكيميائي لعمليات التعلم والذاكرة.
عندما نرغب في فهم ما يحدث في الدماغ، عادةً ما نضع الأشخاص في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). يُولّد جهاز الرنين المغناطيسي مجالات مغناطيسية قوية تسمح بقياس نوى الهيدروجين في جزيئات الماء في الدماغ، وبالتالي تحديد المناطق النشطة. يتبنى البروفيسور عساف طال من قسم الهندسة الطبية الحيوية في جامعة تل أبيب نهجًا مختلفًا بعض الشيء.
يوضح البروفيسور تال قائلاً: "من خلال تغيير المجالات الكهرومغناطيسية داخل جهاز الرنين المغناطيسي، نتمكن من كبح ترددات الراديو للماء، ورؤية ما تحته. ما زلنا ندرس نوى الهيدروجين، ولكن في جزيئات أخرى. نحن نبحث في مسائل التعلم والذاكرة، ولكن على عكس الباحثين الذين يُظهرون، على سبيل المثال، التغيرات الهيكلية في القشرة الحركية للموسيقيين، أو يقيسون النشاط الكهربائي للخلايا العصبية، فإننا نريد أن نُظهر عملية الترميز نفسها، أي الطريقة التي تتواصل بها الخلايا العصبية مع بعضها البعض أثناء التعلم."
لتحقيق ذلك، يستخدم البروفيسور تال وزملاؤه ظاهرة فيزيائية تُسمى "الانزياح الكيميائي": يتغير التردد الراديوي للهيدروجين تبعًا للسحابة الإلكترونية المحيطة به والتي تحجبه، بحيث ينقل الهيدروجين في الجزيئات المختلفة ترددات مختلفة. وفي جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي بجامعة تل أبيب، يحاولون رؤية جزيئين مباشرةً في أدمغة الطلاب الذين يدرسون لإنجاز واجباتهم: الغلوتامات وحمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA).
ما هو السؤال؟ هل يقوم الدماغ أيضاً بتشفير التعلم في النواقل العصبية؟
يقول البروفيسور تال: "الغلوتامات وحمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA) ناقلان عصبيان. تمتلك الخلايا العصبية جهد فعل ينقل المعلومات على طول المحور العصبي، من بداية الخلية إلى نهايتها. لكن نهاية محور عصبون لا تتصل بجسم العصبون المجاور. توجد فجوة تشابكية بينهما، ويتواصلان كيميائيًا بمساعدة أكثر من 60 ناقلًا عصبيًا تم تحديدها حتى الآن. وهنا يبرز السؤال: لماذا نحتاج إلى 60 ناقلًا عصبيًا؟ نعتقد أن هناك ثروة من الظواهر تُشفّر بهذه الطريقة، وإلا لكان بإمكاننا الاكتفاء بناقل أو اثنين. فرضيتنا الأساسية هي أنه لفهم نشاط الدماغ، يجب علينا فهم ليس فقط التشفير الفيزيولوجي الكهربائي للخلايا العصبية، أي كيفية نقلها للمعلومات، بل أيضًا الإشارات الكيميائية بينها - أي كيفية نقل هذه المعلومات فيما بينها."
بشكل عام، تُحفز الإشارات الكهربائية في الدماغ إفراز النواقل العصبية، التي يكون لها تأثير تحفيزي أو تثبيطي، أي أنها تُحفز العصبون التالي لتوليد جهد فعل، أو تُثبطه. يُعد الغلوتامات الناقل العصبي التحفيزي الرئيسي في الدماغ، بينما يُعد حمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA) الناقل العصبي التثبيطي الرئيسي.
لفهم نشاط الدماغ، يجب علينا أن نفهم ليس فقط الترميز الفيزيولوجي الكهربائي للخلايا العصبية، أي كيف تحمل المعلومات، ولكن أيضًا الإشارات الكيميائية بينها - كيف تتواصل هذه المعلومات فيما بينها.
يقول البروفيسور تال: "صحيح، كنا نتمنى رؤية جميع النواقل العصبية الستين، لكننا كنا محظوظين برؤية هذين الناقلين فقط. لا نخدع أنفسنا بالاعتقاد بأننا سنحل غدًا صباحًا مشكلة التواصل الكيميائي بين الخلايا العصبية، لكننا أثبتنا وجود تغيرات قصيرة المدى في الغلوتامات وحمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA) بعد فترة وجيزة من تعلم المهارات الحركية، أي بعد دقائق معدودة من أداء المهمة. بعبارة أخرى، تتم عملية التشفير الفوري كيميائيًا، وهي مؤشر جيد على التشفير طويل المدى للقدرة. علاوة على ذلك، نلاحظ أن هذا التشفير تفاضلي، أي أن التغيرات في الغلوتامات تُشفّر ظواهر معينة، بينما تُشفّر التغيرات في GABA ظواهر أخرى. إن القدرة على التمييز بين العمليات المختلفة في التعلم أمرٌ مثير للاهتمام بحد ذاته، ونهدف إلى إثبات أن جوانب التعلم - سواء من حيث الأطر الزمنية، أو أنواع التعلم، أو مناطق معينة من الدماغ - تُشفّر كيميائيًا، ولا يمكن قياسها بالطرق التقليدية لعلم التصوير."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
