إن النتائج المكتشفة في الخفافيش الطائرة تغير ما نعرفه عن النشاط العصبي الذي يسمح لنا بالتنقل في الفضاء
إعلان مشترك للجامعة العبرية ومعهد وايزمان.
منذ أكثر من عقد من الزمن، تم اكتشاف نظام "GPS للدماغ" في أدمغة القوارض. أثار هذا الاكتشاف عالم العلوم وحصل باحثوه على جائزة نوبل عام 2014. لكن حتى الآن تمت دراسة هذا النظام في الحيوانات التي تتحرك على الأرض. وفي دراسة جديدة نشرت اليوم في المجلة العلمية الطبيعةقام علماء من معهد وايزمان للعلوم مع باحثين من الجامعة العبرية بدراسة هذا النظام في الخفافيش الطائرة واكتشفوا أن الفضاء ثلاثي الأبعاد يتم تمثيله في أدمغتهم بطريقة مختلفة جذريا عما كانوا يعتقدون حتى الآن. ويشير النموذج النظري لتفسير النتائج، والذي تم تطويره بالتعاون مع باحثين من الجامعة العبرية وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو لصالح الدراسة، إلى أن النظريات الكلاسيكية حول نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الدماغ سيتعين عليها إعادة حساب طريق.
في أعماق دماغ الثدييات، بما في ذلك البشر، تختبئ المنطقة المسؤولة عن قدرتنا على التوجيه في الفضاء. في هذه المنطقة، التي تسمى القشرة الشمية الداخلية، توجد خلايا الشبكة، التي تشكل نظام "GPS الدماغي". أثناء تحركنا عبر الغرفة، يتم تنشيط خلية شبكية في دماغنا في كل مرة نمر فيها عبر إحدى المناطق العديدة. يتم ترتيب مناطق النشاط هذه بنمط شبكي سداسي يصطف على الأرض، بحيث تكون كل منطقة نشاط محاطة بستة مناطق نشاط حولها. إن النمط المتماثل والمتكرر الذي تخلقه مناطق النشاط هذه على أرضية الغرفة يزود الدماغ بنوع من "ورقة المليمتر" التي تستخدم لحساب الموقع والمسافة. منطقة الدماغ التي تتواجد فيها الخلايا الشبكية هي أول منطقة تتأثر بمرض الزهايمر - ومن الممكن أن يكون الارتباك المكاني، أحد العلامات الأولية للمرض، نتيجة تلف الخلايا الشبكية و فقدان ترتيب ورقة المليمتر.
سر السداسيات
لقد حاول العديد من العلماء فك سر الأشكال السداسية لخلايا الشبكة - مثل هذا الترتيب المتماثل والمتكرر يسبب الدهشة عندما يتم اكتشافه في علم الأحياء، وقد كتبت عنه العديد من النظريات. رياضيًا، أفضل طريقة "لتعبئة" الدوائر في بعدين هي في ترتيب سداسي - يشبه ترتيب قرص العسل - وتكون مناطق نشاط الخلايا الشبكية دائرية بالفعل. ولذلك، توقع الباحثون في مختبر البروفيسور ناحوم أولانوفسكي في قسم البيولوجيا العصبية في معهد وايزمان رؤية نمط مماثل من النشاط ثلاثي الأبعاد أيضًا. "لقد افترضنا، مثل العديد من الباحثين الآخرين، أنه عندما ندرس تمثيل الدماغ للبيئة ثلاثية الأبعاد، فإننا سوف نتصور المجالات، بدلا من الدوائر، مرتبة في هرم متماثل، مثل بستان البرتقال المعروض في اليشم"، يوضح ذلك. البروفيسور أولانوفسكي.
ولاختبار فرضيتهم، سجل العلماء، بقيادة الطالبة جيلي جينوسار وعالمة الكلية الدكتورة ليورا ليس، النشاط العصبي للخلايا الشبكية في الخفافيش بينما كانت تطير بحرية في غرفة بحجم غرفة معيشة واسعة، مع جهاز لاسلكي مصغر فوقهم. وللتأكد من أن مسار الرحلة سيكون بالفعل ثلاثي الأبعاد، وضع الباحثون محطات تغذية بعجينة الموز، التي تحبها خفافيش الفاكهة بشكل خاص، على ارتفاعات مختلفة وفي نقاط مختلفة حول محيط الغرفة. ومع بدء تدفق البيانات، لاحظوا أن الخلايا الشبكية لم تكن تتصرف كما هو متوقع على الإطلاق. يقول جينوسر: "لقد اختفت الشبكة السداسية المنتظمة تمامًا التي تميز تمثيل السطح في بعدين، كما لو أنها لم تكن موجودة من قبل".
وبدلاً من ذلك، تم ترتيب مناطق النشاط الكروية في نسختها ثلاثية الأبعاد مثل الكرات الرخامية في صندوق، وهو ترتيب أقل تنظيمًا من "هرم البرتقال". على الرغم من أن الكرات لم تكن مرتبة في ترتيب عالمي مثالي، إلا أن الباحثين وجدوا ترتيبًا محليًا - مسافة ثابتة بين كل كرة وأقرب جيرانها.
ولتقديم تفسير آلي لهذه النتائج، شارك عضو فريق البحث للمنظرين - الدكتور يوناتان الهادف، باحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر البروفيسور أولانوفسكي وباحث مستقل حاليا في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو، والأساتذة حاييم سومبولينسكي ويورام بيرك من الجامعة العبرية في القدس. لقد قاموا معًا بوضع نموذج نظري يعتمد على مبادئ من عالم الفيزياء الإحصائية المستخدمة لوصف التفاعلات بين الجسيمات. كشف النموذج النظري أن مناطق النشاط الكروية التي تمثل نشاط الخلايا الشبكية بشكل ثلاثي الأبعاد، تتصرف بشكل مشابه للجسيمات - مناطق النشاط "تنجذب" لبعضها البعض عندما تقترب من بعضها البعض، ولكنها "تتنافر" عندما تقترب من بعضها البعض. قريب جدا؛ يمكن لتوازن القوى هذا أن يفسر وجود نظام محلي يبقي مناطق النشاط الكروي على مسافة محلية ثابتة، دون تنظيم عالمي منظم.
تقدم لنا النتائج التجريبية المذهلة، إلى جانب النموذج النظري، طريقة جديدة لفحص الأساس العصبي للملاحة ثلاثية الأبعاد والدور الذي تلعبه الخلايا الشبكية في هذه العملية المعرفية. وبينما افترضت النماذج السابقة أن تمثيل الخلايا الشبكية ثلاثي الأبعاد يحاكي التمثيل ثنائي الأبعاد، فإن عمل البروفيسور أولانوفسكي وشركائه ونموذج "الرخام في صندوق" الذي طوروه، يشير إلى واقع أكثر تعقيدًا. ونظرًا لأن الفضاء ثلاثي الأبعاد لا يتم تمثيله بشبكة مرتبة، فيبدو أنه من المرجح إعادة النظر في النظريات الكلاسيكية حول نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الدماغي في الثدييات.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
