جائزة نوبل في الطب لمفككي رموز نظام التوجيه
كيف نعرف أين نحن؟ بالنسبة لمعظم الناس، الجواب بسيط - نفتح أعيننا ونراقب. ومع ذلك، فإن قدرتنا على القيام بهذا الإجراء البسيط، الذي نقوم به مئات المرات يوميًا، تعتمد على نظام بنية تحتية معقد جدًا في الدماغ، والذي يتضمن نظام الرؤية والذاكرة ومجموعة من المدخلات من الحواس الأخرى وأجهزة استشعار الحركة. . إن مسألة كيفية عمل هذا النظام، وكيف تقوم الحيوانات (بما في ذلك البشر) بتوجيه نفسها في الفضاء وتكون قادرة على التنقل بين أماكن مختلفة، شغلت الباحثين لسنوات عديدة. أول من قدم دليلاً للحل كان جون أوكيف. ولد في نيويورك عام 1939، وبعد تخرجه بدرجة البكالوريوس في كلية سيتي، حصل على درجة الدكتوراه في جامعة ماكجيل في كندا، حيث بدأ في الانخراط في محاولات لدراسة خلايا الدماغ الفردية. الدماغ عبارة عن نسيج متشابك يتكون من عشرات المليارات من الخلايا العصبية، ويمكن لكل خلية أن تشكل شبكة معلومات تضم مئات أو حتى آلاف الخلايا الأخرى. عندما تعمل خلية الدماغ، فإنها تنتج إشارة كهربائية، أو سلسلة معينة من الإشارات، التي تنتقل إلى الخلايا الأخرى، عن طريق الوسائل الكهربائية أو الكيميائية. من بين أمور أخرى، شارك أوكيف في تطوير طرق لقياس النشاط الكهربائي للخلايا المفردة. بعد حصوله على الدكتوراه، ذهب للدراسة في الكلية الجامعية في لندن، حيث تم قبوله في أواخر الستينيات كباحث كامل في مختبر أبحاث الألم.
موقع الفئران
درس أوكيف في أدمغة الفئران نشاط الخلايا في الحصين (Hippocampus) - وهي منطقة من القشرة الدماغية معروفة بأنها تشارك في الذاكرة والتعلم والتوجه المكاني من بين أمور أخرى. واكتشف في مجموعة من الخلايا أنه فحص نمطًا من النشاط الكهربائي لم يكن معروفًا من قبل: خلايا معينة تنشط فقط عندما يكون الفأر في مكان معين في الغرفة. عندما كان الفأر في وسط الغرفة، كانت خلايا معينة في هذه المجموعة نشطة، وعندما تم نقله إلى الزاوية، كان هناك زيادة في النشاط الكهربائي للخلايا الأخرى من المجموعة. وينتج عن كل تغيير في الوضع نمطًا مختلفًا من النشاط، وبالتالي يتم إنشاء نوع من خريطة التوجيه العصبي في الدماغ. أطلق أوكيفي وشركاؤه على هذه الخلايا اسم "خلايا المكان" وأثبتوا أنها تعمل بشكل منفصل عن الجهاز الحسي الطبيعي. وفي دراسات أخرى، وجد أوكيف أن الدماغ ينتج مثل هذه الخريطة الاتجاهية في أي بيئة يوجد فيها الصدأ، بناءً على نشاط خلايا المكان. وفي الدراسات التي أجريت في الثمانينيات والتسعينيات، أظهر أوكيف وزملاؤه أن خلايا الموقع تعمل أيضًا كأحد مكونات نظام الذاكرة، وتسمح للدماغ بالاحتفاظ بخرائط التوجيه في أماكن مختلفة. واصل الباحثون الذين تابعوه دراساتهم على خلايا الموقع، وفهموا آلية نشاطها بشكل أفضل، ووجدوا أنها تشارك في عدة إجراءات أخرى عرضية لمجال التوجه المكاني، مثل تقدير المسافات.
معا على طول الطريق
ولد إدوارد موسر في أوسلو عام 1962، وفي عام 1985 تخرج من الجامعة المحلية في الرياضيات والإحصاء. لم يكن ذلك كافيًا بالنسبة له، لذلك حصل أيضًا على درجة البكالوريوس في علم النفس وعلم الأحياء العصبي. أثناء دراسته التقى بزوجته ماي بريت، التي درست أيضًا علم النفس ومن ثم لم تفترق مساراتهما. لقد حصلوا على درجة الدكتوراه في علم النفس العصبي معًا في جامعة أوسلو، وعندما انتهوا في عام 1995، ذهبوا معًا للدراسة في إدنبرة، وبعد ذلك في لندن، مع جون أوكيف. وهناك دخلوا إلى مجال خلايا المكان، وحاولوا فهم ما إذا كانت هناك خلايا خارج الحصين تقوم بتنشيطها. وكان من المعروف في ذلك الوقت أن جزءًا كبيرًا من المعلومات الموجودة في الحُصين تستقبله الخلايا الموجودة في منطقة قريبة من الدماغ، تُعرف باسم القشرة الشمية الداخلية. وقد درست الكائنات الغريبة هذه الخلايا بدقة، والتي أطلقوا عليها اسم "الخلايا الشبكية". واكتشفوا أن الخلايا مرتبة بشكل سداسي حول المنطقة التي تتركز فيها خلايا الموقع، وأن منطقة معينة في الشكل السداسي تبدأ بنقل الإشارات الكهربائية إلى خلايا الموقع، حسب اتجاه تقدم الفئران نحو منطقة معينة. .
في هذه الأثناء، عاد الغرباء إلى النرويج، وقبلوا معًا منصب الأستاذية في جامعة تروندهايم. أسسوا معًا مركز أبحاث الدماغ ومعهد كافلي في الجامعة، واستمروا معًا في البحث بشكل أساسي عن نظام توجيه الدماغ. واكتشفوا أن الخلايا الشبكية هي جزء من مجموعة أوسع من الخلايا التي يتم تنشيطها حسب اتجاه حركة الفأر، أو حتى حركة الرأس. إن اكتشاف هذه المصفوفة والعلاقات المتبادلة بين خلايا التوجيه التي اكتشفها الغرباء وخلايا الموقع التي اكتشفها أوكيف، فتح نافذة أولى لفهم كيفية تمكن الحيوانات من توجيه نفسها في الفضاء والبيئة. بالمناسبة، ماي بريت وإدوارد موسر هما الزوجان الرابعان في التاريخ اللذان يفوزان معًا بجائزة نوبل في العلوم. وقد سبقهم في الوفاة ماري وبيير كوري (الفيزياء، 1903)، وابنتهما إيرين جوليو كوري وزوجها فريدريك جوليو (الكيمياء، 1935) والزوجين جيرتي وكارل كوري (الطب، 1947).
نظام صيانة جيد
منذ اكتشاف الخلايا المكانية والخلايا الشبكية في الجرذان والفئران، أثبت الباحثون أن مثل هذه الخلايا لا تزال موجودة في العديد من الثدييات. في البشر، تعد الأبحاث على الكائنات الحية معقدة للغاية بالطبع، لكن الاختبارات التي أجريت على مرضى الصرع (مرض السقوط)، كجزء من العلاج الذي يتم فيه إدخال أقطاب كهربائية في أدمغتهم، كشفت عن وجود خلايا مشابهة جدًا في البشر أيضًا. قدمت اختبارات أخرى في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أدلة داعمة لوجود مثل هذه الخلايا في دماغنا. ربما يشير التشابه بين هذه الأنظمة في الثدييات التي تم فحصها إلى الأهمية التطورية لنظام التوجيه هذا. يمكن تعلم قدرة النظام على التعلم من دراسة أجريت على سائقي سيارات الأجرة في لندن، والتي أظهرت أن السائقين الذين كان يتعين عليهم التنقل في مناطق واسعة من المدينة بدون خريطة (حتى قبل عصر نظام تحديد المواقع العالمي)، كان لديهم حصين كبير جدًا مقارنة بالمواضيع الأخرى. نظرًا لأن العديد من أمراض الدماغ والجهاز العصبي تضعف التوجه المكاني للمرضى، فقد يكون الفهم الجيد لهذا النظام مهمًا في فهم آليات مثل هذه الأمراض وفي تطوير طرق علاج جديدة.
للمقالات السابقة حول الموضوع على موقع العلوم:
جائزة نوبل لمطوري نظام تحديد المواقع العالمي (Brain GPS) (تقرير أولي)
ماي بريت وإدوارد موسر هما الزوجان الرابعان اللذان يفوزان بجائزة نوبل معًا
