حفظ خلايا المخ الجديدة

يتم إنشاء خلايا عصبية جديدة في الدماغ البالغ كل يوم. وتساعد هذه الدراسات الجديدة، في النهاية، في تعلم المهام المعقدة، وكلما زاد التحدي فيها، كلما ارتقت وازدهرت.

بقلم تريسي جيه شورز
إذا كنت تشاهد التلفاز، أو تقرأ الصحف، أو تتصفح الإنترنت، فمن المؤكد أنك قد صادفت إعلانات تحثك على الانخراط في رياضة عقلية. تشجع بعض برامج تدريب الدماغ الأشخاص على الحفاظ على المرونة العقلية من خلال تدريب الدماغ اليومي، بدءًا من حفظ القوائم وحل الكلمات المتقاطعة وحتى تقدير عدد الأشجار في سنترال بارك.

تبدو هذه البرامج وكأنها حيلة دعائية، لكنها قد يكون لها أساس بيولوجي عصبي حقيقي. تشير الدراسات الحديثة، على الرغم من إجرائها على الفئران، إلى أن التعلم يزيد من بقاء الخلايا العصبية الجديدة في الدماغ البالغ. وكلما كان التعلم أكثر روعة وتحديًا، كلما زاد عدد الخلايا العصبية الجديدة. ومن المحتمل أن تكون هذه الخلايا متاحة للمساعدة في حالات أخرى تجعل الأمر صعبًا على الدماغ. ولذلك يبدو أن التمارين الذهنية يمكن أن تقوي الدماغ، كما أن التمارين البدنية تبني الجسم.

قد تكون هذه النتائج ذات أهمية خاصة للمفكرين الذين يجلسون على الأريكة، والذين قد تفيد مواقعهم البطانية الدماغية خلاياهم الرمادية. لكن في الغالب، تدعم هذه النتائج الاعتقاد بأن الأشخاص الذين هم في المراحل المبكرة من مرض الزهايمر أو الذين يعانون من أشكال أخرى من الخرف قد يؤخرون التدهور المعرفي عن طريق التأكد من أنهم نشيطين عقليا.

خلية عصبية جديدة!

في تسعينيات القرن الماضي، تعرض مجال علم الأحياء العصبية لتغييرات حادة عندما أصبح من الواضح أن أدمغة الثدييات البالغة قادرة على توليد خلايا عصبية جديدة. قبل ذلك، كان علماء الأحياء يعتقدون أن تكوين الخلايا العصبية، أي القدرة على إنتاج خلايا عصبية جديدة، يقتصر على أدمغة الشباب والنامية، وقد اختفى مع مرور السنين. لكن في بداية العقد، أظهرت إليزابيث جولد، التي كانت تعمل آنذاك في جامعة روكفلر، أن خلايا جديدة تتشكل مع ذلك في دماغ الشخص البالغ، خاصة في منطقة تعرف باسم الحصين، وهي المنطقة المرتبطة بعمليات التعلم والذاكرة. وبعد فترة وجيزة، نُشرت تقارير مماثلة تتعلق بأنواع مختلفة، بدءًا من الفئران وانتهاءً بحيوانات القش (نوع من القرود)، وفي عام 90، أظهر علماء الأحياء العصبية في الولايات المتحدة الأمريكية والسويد أن هناك تكوينًا عصبيًا عند البشر أيضًا.

عادةً ما تتضمن دراسات تكوين الخلايا العصبية في القوارض حقن مادة تسمى BrdU (برومو-ديوكسيوريدين)، والتي تحدد الخلايا الجديدة بحيث يمكن رؤيتها بسهولة تحت المجهر. تشير هذه الدراسات إلى أنه يتم إنشاء ما بين 5,000 إلى 10,000 خلية عصبية جديدة في قرن آمون الفئران كل يوم. (على الرغم من أن الخلايا العصبية الجديدة تتشكل أيضًا في الحُصين البشري، إلا أننا لا نعرف عددها).

معدل إنتاج الخلايا ليس ثابتا، ولكنه يتأثر بعدة عوامل بيئية. على سبيل المثال، تبين أن استهلاك الكحول يمنع تكوين خلايا عصبية جديدة في الدماغ. ومن ناحية أخرى، من الممكن زيادة معدل إنتاجها بمساعدة ممارسة الرياضة. تمتلك الجرذان والفئران التي تقضي وقتًا على جهاز المشي ضعف عدد الخلايا الجديدة الموجودة في الفئران المستقرة. حتى أن تناول التوت الأزرق قد يحفز تكوين خلايا عصبية جديدة في قرن آمون لدى الفئران.

استخدام أو رمي بعيدا

وبالتالي قد تساعد التمارين والأنشطة الأخرى على إنتاج المزيد من خلايا الدماغ، ولكن هذه الخلايا المعينة حديثًا لا تبقى بالضرورة. ويختفي الكثير منها، بل وأغلبها، بعد أسابيع قليلة من تكوينها. وبطبيعة الحال، فإن معظم الخلايا في الجسم لا تبقى على قيد الحياة إلى الأبد، لذلك ليس من المستغرب أن تموت خلايا الدماغ الجديدة أيضًا. لكن فترة حياتهم القصيرة تثير التساؤلات. لماذا يهتم الدماغ بتكوين خلايا جديدة ثم يتركها تموت بسرعة؟

ومن خلال عملنا على الفئران، يبدو أن الإجابة هي أن الدماغ ينتج هذه الخلايا "فقط في حالة حدوث ذلك". إذا واجهت الفئران تحديًا إدراكيًا، تبقى الخلايا، ولكن إذا لم يحدث ذلك، فسوف تختفي الخلايا. لقد توصلت أنا وجولد، الذي يعمل الآن في جامعة برينستون، إلى هذا الاكتشاف في عام 1999 عندما أجرينا سلسلة من التجارب التي اختبرت تأثير التعلم على بقاء الخلايا العصبية الجديدة في قرن آمون في الفئران.

إن مهمة التعلم التي استخدمناها، والمعروفة باسم تكييف رمش العين، تشبه في بعض النواحي التجارب التي بدأت فيها كلاب بافلوف بالنباح عندما سمعت صوتًا مرتبطًا بالطعام. في تكييف الرمش، يسمع الحيوان صوتًا وبعد فترة زمنية محددة (عادة 500 مللي ثانية، أي نصف ثانية)، يتم جعله يرمش بنفخة من الهواء أو تحفيز بسيط للجفن.

وبعد تكرارات كافية، عادة بضع مئات، يقوم الحيوان بإنشاء اتصال في ذهنه بين الصوت والمحفز البصري. تتعلم توقع متى سيأتي الحافز وتومض مباشرة قبل حدوثه. تشير هذه الاستجابة "المشروطة" إلى أن الحيوان تعلم ربط الحدثين في نفس الوقت. قد يبدو إنجاز الفئران هامشيًا، لكن هذا الإعداد يوفر طريقة جيدة لقياس "التعلم المتقدم" لدى الحيوانات، أي القدرة على التنبؤ بالمستقبل بناءً على الماضي.

لدراسة العلاقة بين التعلم البيولوجي وتولد الخلايا العصبية، قمنا بحقن جميع الحيوانات باستخدام BrdU في بداية التجارب. وبعد أسبوع، تم تضمين نصف الفئران في برنامج تدريب الوميض. وبقي الآخرون في القفص. وبعد 4 إلى 5 أيام من التدريب، وجدنا أنه في قرن آمون الفئران التي تعلمت توقيت رمشها بشكل صحيح، بقي عدد أكبر من الخلايا العصبية التي تحمل علامة BrdU مقارنة بالفئران التي بقيت في الأقفاص. وخلصنا إلى أن تعلم هذه المهمة ينقذ الخلايا من الموت. في الحيوانات غير المدربة، عدد قليل جدًا من الخلايا الجديدة التي تحمل علامة BrdU في بداية التجربة نجت حتى النهاية. وكلما تعلم الحيوان بشكل أفضل، نجت خلايا عصبية جديدة أكثر. وقد لوحظت نفس الظاهرة في الحيوانات التي تعلمت التنقل في المتاهة.

عندما بدأنا إجراء دراسات الرمش في أواخر التسعينيات، اختبرنا تأثير التدريب فقط على الحيوانات التي تعلمت جيدًا، أي الفئران التي تعلمت الرمش لمدة تصل إلى 90 مللي ثانية قبل تحفيز الجفن، والتي فعلت ذلك في أكثر من 50% من التكرارات. لقد تساءلنا مؤخرًا عما إذا كانت الخلايا العصبية الجديدة قادرة على البقاء حتى في الحيوانات التي فشلت في التعلم، أو التي تعلمت بشكل غير ناجح. الجواب هو - لا. في دراسات نشرت عام 60، كان لدى الفئران التي خضعت لنحو 2007 تكرار للتجربة ولكنها لم تتعلم أبدًا توقع تحفيز الجفن، كان لديها عدد قليل من الخلايا العصبية الجديدة مثل الحيوانات التي لم تغادر القفص أبدًا.

لقد أجرينا أيضًا تجارب قمنا فيها بتحديد فرص التعلم للحيوانات. هذه المرة أعطينا الفئران يومًا واحدًا فقط، أي 200 تكرار، للتعلم. في هذه التجارب، تعلمت بعض الفئران توقع التحفيز والبعض الآخر لم يفعل ذلك. ومرة أخرى، كان لدى الفئران التي تعلمت خلايا عصبية أكثر من الفئران التي لم تتعلم، على الرغم من أنهم جميعًا خضعوا لنفس البرنامج التدريبي. تشير هذه البيانات إلى أن عملية التعلم، وليس مجرد التدريب أو التعرض لقفص مختلف أو روتين يومي مختلف، هي ما ينقذ الخلايا العصبية الجديدة من الموت.

صعب في التدريب، سهل في المعركة

على الرغم من أن التعلم يجب أن يحدث حتى تتمكن الخلايا العصبية الجديدة من البقاء في الحُصين، إلا أنه ليست كل أنواع التعلم فعالة. على سبيل المثال، إذا تم تدريب حيوان على السباحة باتجاه عوامة مرئية في بركة من الماء، فلن تكون هناك زيادة في بقاء الخلية. وينطبق الشيء نفسه عند تدريب الحيوان على إدراك أن منبهين، على سبيل المثال الصوت ومحفز الجفن، يحدثان في وقت واحد تقريبًا.

السبب وراء فشل هذه المهام في إنقاذ الخلايا الجديدة من الموت هو أنها لا تتطلب الكثير من التفكير. السباحة نحو عوامة مرئية هي مهمة تؤديها الفئران بفارغ الصبر. ففي النهاية، هم لا يريدون أن يغرقوا. وإذا تزامن تحفيز الجفن مع الصوت، فإن الحيوانات لا تحتاج إلى تذكر حدث حدث في الماضي، وهو الصوت، للتنبؤ بموعد حدوث تحفيز الجفن. إنهم يتفاعلون فقط عندما يسمعون الصوت.

ونعتقد أن المهام التي أنقذت معظم الخلايا العصبية الجديدة هي الأكثر صعوبة في التعلم، وهي تلك التي تتطلب جهداً ذهنياً كبيراً للنجاح فيها. لاختبار هذا الافتراض، قمنا بمهمة بسيطة إلى حد ما وجعلناها أكثر صعوبة قليلاً. لقد بدأنا بمهمة الرمش السهلة، حيث يسبق الصوت محفز الجفن ولكنه لا يزال يتزامن معه. إن تعلم هذا الارتباط، كما ذكرنا سابقًا، لا يحفظ خلايا عصبية جديدة. بعد ذلك، قمنا بزيادة مستوى صعوبة هذه المهمة من خلال زيادة مدة الصوت بشكل كبير، بحيث يظهر التحفيز بالقرب من نهاية صوت طويل جدًا.

في المهمة الثانية، يكون تعلم الرمش أكثر صعوبة مما كان عليه في المهمة الأولى والأسهل، لأنه في هذه الحالة، الرمش مباشرة بعد بدء تشغيل الصوت، على غرار العدائين الذين يركضون بعد طلقة نارية، ليس الاستجابة الصحيحة. كما أن المهمة أصعب من مهمة الـ 500 مللي ثانية، لأن الحيوان لا يستطيع استخدام نهاية الصوت كإشارة "استعد". في الواقع، يجب على الجرذ أن ينتبه بالضبط إلى الوقت الذي بدأ فيه الصوت ويقدر متى سيحدث تحفيز الجفن. وهذا تحدي حقيقي لجميع الحيوانات، والبشر بشكل عام. لقد اكتشفنا أن هذه المهمة توفر نفس العدد من الخلايا العصبية مثل مهمة الـ 500 ميلي ثانية، وأحيانًا أكثر.

ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه من بين الحيوانات التي كانت قادرة على تعلم المهام التكييفية، في تلك التي تعلمت ببطء إلى حد ما، أي أنها احتاجت إلى المزيد من التكرار لأداء المهمة بشكل صحيح، نجت خلايا عصبية جديدة أكثر من الحيوانات التي تعلمت بسرعة. أي أنه يبدو أن الخلايا العصبية الجديدة في الحصين تستجيب بأفضل طريقة للتعلم، والذي يتضمن الجهد المشترك للعديد من الخلايا.

التوقيت حاسم

ليس من الواضح بالنسبة لنا سبب ضرورة التعلم المكثف لبقاء الخلية. إحدى النظريات هي أن المهام التي تتطلب المزيد من التفكير، أو التي تستغرق وقتًا أطول للتعلم، تنشط بقوة أكبر الشبكات العصبية في الحصين، وهي الشبكات التي تشمل أيضًا الخلايا العصبية الجديدة، وأن هذا النشاط هو عامل رئيسي. وأنا أميل إلى تأييد هذا الرأي لعدة أسباب.

أولا، أظهر بعض الباحثين أن المهام التي تنطوي على التعلم، مثل تكييف رمش العين الكلاسيكي، غالبا ما تخفض عتبة التحفيز الكهربائي للخلايا العصبية في الحصين، بحيث تصبح أكثر نشاطا. علاوة على ذلك، فإن النشاط في الحصين يسير جنبًا إلى جنب مع التعلم. أي أن الحيوانات التي لوحظ فيها أكبر قدر من النشاط العصبي هي التي تعلمت المهمة بأفضل طريقة.

ثانيًا، يبدو أن هناك نافذة زمنية قصيرة جدًا يمكن خلالها للتعلم إنقاذ الخلايا العصبية الجديدة. في القوارض، يتم ذلك بعد أسبوع إلى أسبوعين من تكوين الخلايا. أظهرت إحدى الدراسات الحديثة التي أجريت على الفئران، على سبيل المثال، أن التعلم يمكن أن ينقذ الخلايا عندما يبلغ عمرها 7 إلى 10 أيام. التدريب الذي يحدث بعد هذا الوقت يكون متأخرًا جدًا. الخلايا العصبية بدأت تموت بالفعل. والتدريب الذي يحدث قبل هذه الفترة الزمنية مبكر جدًا للمساعدة. تتوافق نافذة التعلم هذه مع الفترة التي تبدأ فيها هذه الخلايا الجديدة، التي تبدأ حياتها كخلايا غير متمايزة، في التمايز إلى خلايا عصبية. فهي تقوم بتنمية التشعبات (التي تتمثل مهمتها في تلقي الإشارات من مناطق أخرى من الدماغ)، والمحاوير (التي تحمل المعلومات إلى منطقة قريبة في الحصين، والمعروفة باسم CA3). وفي نفس الوقت تقريبًا، تبدأ الخلايا أيضًا في الاستجابة بشكل صحيح للناقلات العصبية، وهي المواد الكيميائية التي تنقل الإشارات من خلية عصبية إلى أخرى.

تشير هذه الملاحظات إلى أن الخلايا الجديدة تحتاج إلى النضج والاندماج في الشبكات العصبية الموجودة قبل أن تتمكن من الاستجابة للتعلم. عندما يكون التعلم معقدًا، تعمل الخلايا العصبية في جميع أنحاء الحصين، بما في ذلك المجندين الجدد، بكامل قوتها. وهؤلاء المجندون على قيد الحياة. ولكن إذا لم يتم تحدي الحيوان، فإن الخلايا العصبية الجديدة لا تتلقى المحفزات التي تحتاجها للبقاء على قيد الحياة وتموت ببساطة.

ماذا يفعلون هناك

وهكذا، يتم إنشاء آلاف الخلايا الجديدة في الحصين كل يوم، وإذا تم تحدي الحيوان بمهام التعلم، فإن الخلايا تبقى على قيد الحياة. ولكن ما هو دورهم؟ ولا يمكنها بالطبع المساعدة في التعلم في الوقت الفعلي بمجرد إنشائها. يتم جزء كبير من التعلم على الفور تقريبًا (في غضون ثوانٍ قليلة، إن لم يكن أقل من ذلك). عندما يواجه الدماغ مهمة جديدة، فإنه لا يستطيع الانتظار لمدة أسبوع تقريبًا حتى تتشكل الخلايا العصبية الجديدة وتنضج وتتصل بالشبكات الموجودة حتى يتمكن الحيوان من البدء في التعلم. شككت أنا وزميلي في أن تجمع الخلايا يؤثر على جوانب لاحقة من عملية التعلم.

ولاختبار هذه الفكرة، قررنا التخلص من خلايا الدماغ الجديدة. إذا أصبحت هذه الخلايا مهمة للتعلم، فإن الحيوانات التي تفتقر إلى هذه الخلايا ستكون طلابًا أسوأ. وبطبيعة الحال، من المستحيل تقنيًا إخراج كل الخلايا الجديدة من أدمغة الحيوانات. وبدلا من ذلك، قمنا بمنع الخلايا من التشكل في أدمغة الفئران في المقام الأول، لعدة أسابيع، عن طريق إعطائها دواء يسمى MAM، الذي يمنع الخلايا من الانقسام. بعد ذلك، انضمت الحيوانات إلى المنهج الدراسي.

لقد وجدنا أن الفئران التي عولجت بـ MAM كانت طلابًا فقراء في مهمة الـ 500 مللي ثانية. لقد واجهوا صعوبة في تعلم توقع التحفيز. لكن أداء هذه الحيوانات كان جيدًا في العديد من المهام التعليمية الأخرى التي تعتمد على الحُصين، مثل متاهة موريس المائية. في هذه المهمة، يتم وضع الفئران في بركة من السائل الغائم، ويجب على الفئران السباحة حتى تكتشف منصة واقفة مغمورة في الماء. وتتميز جوانب حوض السباحة بإشارات مكانية تساعد الحيوانات على التنقل. وأتقنت الفئران التي تفتقر إلى خلايا عصبية جديدة المهمة بنفس سرعة أخواتها غير المعالجة.

وفي مختبراتنا، تعلمت الحيوانات المعالجة بـ MAM أيضًا أن تتذكر المكان الذي وقع فيه الحدث العاطفي. على سبيل المثال، الفئران التي تلقت تحفيزًا مزعجًا بمخالبها عند وضعها في قفص معين، تجمدت بمجرد وضعها هناك مرة أخرى. ويعتمد هذا النوع من التعلم العاطفي، المعروف باسم تكييف الخوف السياقي، أيضًا على الحُصين، لكنه لم يشكل مشكلة بالنسبة للحيوانات المعالجة.

بشكل عام، لم تتأثر قدرات التعلم لدى الفئران التي لديها عدد قليل من الخلايا العصبية الجديدة إلى حد كبير. واجهت الحيوانات صعوبة في تعلم بعض السياقات المعقدة، مثل فهم أن الصوت يسبق دائمًا تحفيز الجفن بنصف ثانية. ولذلك نستنتج أنه إذا كانت الخلايا العصبية الجديدة مهمة على الإطلاق للتعلم، فإنها تلعب دورًا فقط في مواقف معينة، على الأرجح تلك التي تتطلب جهدًا معرفيًا.

من الناحية البيولوجية، هذا النوع من التخصص منطقي. لن يرغب الحيوان في الاعتماد على إنتاج وتطوير مجموعة كاملة من الخلايا العصبية الجديدة للاستجابة للمواقف التي تؤثر على بقائه المباشر. ولذلك فمن المفترض أن الخلايا الإضافية، بمجرد نضوجها، تستخدم لضبط أو تعزيز مهارات حل المشكلات الموجودة بالفعل. وفي اللغة النفسية، يُعرف تعزيز هذه المهارات باسم "تعلم كيفية التعلم".

ماذا عن دماغي؟

جميع الدراسات الموصوفة حتى الآن أجريت على الجرذان أو الفئران. ماذا سيحدث للأشخاص الذين لا ينتجون خلايا عصبية جديدة في الحصين؟ الطب الحديث، لسوء الحظ، يزودنا بمجموعة من المواد الجاهزة، أي الأشخاص الذين يخضعون للعلاج الكيميائي للسرطان. مثل علاج MAM، يضعف العلاج الكيميائي انقسام الخلايا اللازمة لتكوين خلايا جديدة. لذلك، ربما ليس من قبيل الصدفة أن الأشخاص الذين يعالجون بالعلاج الكيميائي غالبًا ما يشكون من صعوبات في التعلم والذاكرة.

يتوافق هذا الوضع، بعدة طرق، مع بياناتنا الحيوانية. مثل القوارض، التي كانت تعاني من ضعف إدراكي معتدل للغاية بعد علاج MAM، فإن الأشخاص الذين يخضعون للعلاج الكيميائي يعملون أيضًا بشكل جيد في معظم الظروف. يرتدون ملابسهم، ويذهبون إلى العمل، ويعدون وجبات الطعام، ويقضون الوقت مع الأصدقاء والعائلة، ويواصلون حياتهم. يبدو الأمر معقولا. ونظرًا للنتائج المتعلقة بحيوانات المختبر، فإننا لا نتوقع أن نجد عجزًا عميقًا في الوظيفة الإدراكية الأساسية. ومع ذلك، نتوقع أيضًا أن نجد عجزًا انتقائيًا في عمليات التعلم الأكثر تعقيدًا، وهو نوع المهام التي تتحدى كل واحد منا، مثل أداء عدة مهام في نفس الوقت بحيث يكون من الضروري التبديل من مهمة إلى أخرى أثناء معالجة المعلومات الجديدة .

لتحديد الدور الذي يلعبه تكوين الخلايا العصبية في التعلم البشري، يجب على الباحثين تحقيق هدفين: تطوير أساليب غير جراحية لتحديد الخلايا العصبية الجديدة في الدماغ الحي، وإيجاد طرق عكسية لمنع نضوج الخلايا أثناء عمليات التعلم. طرق تحقيق الهدف الأول قيد التطوير حاليًا، لكن من المفترض أن يستغرق الهدف الثاني وقتًا أطول لتحقيقه.

ومع ذلك، دعونا نفترض للحظة أن المجموعة المتاحة من الخلايا العصبية الجديدة تساعد في الحفاظ على المرونة الفكرية للدماغ البشري. هل من الممكن استخدام تكوين الخلايا العصبية بطريقة ما للوقاية من الأمراض التي تضعف القدرة الإدراكية أو علاجها؟

في حالة مرض الزهايمر، على سبيل المثال، يؤدي تدهور الخلايا العصبية في الحصين إلى تفاقم وفقدان الذاكرة والقدرة على التعلم بشكل متزايد. يستمر مرضى الزهايمر في إنتاج خلايا عصبية جديدة، ولكن يبدو أن الكثير منها لا يبقى على قيد الحياة ولا ينضج. من الممكن أن تتضرر عمليات تكوين الخلايا العصبية والنضج العصبي لدى هؤلاء الأشخاص. أو أن الخلايا الجديدة لا تبقى على قيد الحياة لأن المرض يضعف القدرة على التعلم.

ومع ذلك، فإن بعض النتائج تبعث على الأمل، على الأقل بالنسبة لأولئك الذين هم في المراحل المبكرة من الخرف. كما ذكرنا سابقًا، تشير الدراسات التي أجريت على الحيوانات والأشخاص الأصحاء إلى أن الإجراءات البسيطة مثل التمارين الهوائية يمكن أن تزيد من تكوين خلايا عصبية جديدة. وتبين أيضًا أن مضادات الاكتئاب تعد مُعدِّلات قوية لعملية تكوين الخلايا العصبية. أظهرت دراسة أجريت عام 2007 أن العلاج طويل الأمد بمضادات الاكتئاب يحسن الأداء اليومي والعام لمرضى الزهايمر، مما يشير إلى أن مثل هذا العلاج قد يعزز إنتاج الخلايا العصبية الجديدة وبقائها لدى المرضى.

تشير التقارير المتناقلة إلى أن التعلم الذي يتضمن جهدًا قد يساعد أيضًا بعض المرضى. لقد قمت مؤخرًا بعرض بيانات أبحاثنا الحيوانية في مؤتمر حول مرض الزهايمر وغيره من أنواع الخرف. وقد انبهر الأطباء الحاضرون بالنتائج التي تشير إلى أن الجهد المبذول لتعلم شيء جديد قد يحافظ على الخلايا العصبية الشابة. لقد أبلغوا عن رؤية فوائد هذه الجهود في مرضاهم. ويقولون إن المرضى القادرين على الانخراط بشكل كامل في النشاط المعرفي المضني قد يؤخرون تطور المرض الذي يسرق أدمغتهم.

بطبيعة الحال، سيكون من الحماقة أن نتصور أن النشاط المعرفي المقترن بمضادات الاكتئاب أو النشاط البدني قادر على إصلاح الضرر الناجم عن أمراض مثل مرض الزهايمر، الذي يقتل العديد من خلايا الدماغ، وليس الخلايا الجديدة فقط. ولكن من الممكن أن تؤدي مثل هذه الأنشطة إلى إبطاء معدل التدهور المعرفي، سواء لدى الأشخاص الذين يتعاملون مع أمراض التنكس العصبي، أو ربما لدى كل منا مع تقدمنا ​​في السن.

يقولون إنه لا يمكنك تعليم كلب عجوز حيلًا جديدة، وفي الواقع، كبالغين، يكافح الكثير منا لتعلم شيء جديد تمامًا. ولكن إذا أردنا الحفاظ على لياقة أدمغتنا، فربما لن يضرنا تعلم لغة أو خطوة جديدة، أو ممارسة لعبة كمبيوتر عنيفة باستخدام وحدة تحكم Wii - بل قد يساعدنا تدريب اللياقة البدنية هذا.

المفاهيم الرئيسية

يتم إنشاء آلاف الخلايا الجديدة في الدماغ البالغ كل يوم، خاصة في الحُصين، وهو الهيكل المرتبط بالتعلم والذاكرة.

وفي غضون أسبوعين تقريبًا، تموت معظم هذه الخلايا العصبية الجديدة، إلا إذا واجه الحيوان التحدي المتمثل في تعلم شيء جديد. إن التعلم، وخاصة الذي يتطلب الكثير من الجهد، قد يبقي هذه الخلايا العصبية حية.

على الرغم من أن الخلايا العصبية ليست ضرورية لمعظم أنواع التعلم، إلا أنها قد تلعب دورًا في التنبؤ بالمستقبل بناءً على الخبرة السابقة. وبالتالي فإن زيادة تكوين الخلايا العصبية (إنتاج خلايا عصبية جديدة) قد يؤدي إلى إبطاء التدهور المعرفي والحفاظ على القدرة العقلية للعقول السليمة.

على دفتر الملاحظات

كان تريسي جيه شورز، الأستاذ في قسم علم النفس ومركز العلوم العصبية التعاونية بجامعة روتجرز، مهتمًا منذ فترة طويلة بعلم الأحياء العصبي للتعلم والذاكرة. وهي تتعاون مع إليزابيث جولد من جامعة برينستون، التي اكتشفت ظاهرة تكوين الخلايا العصبية لدى البالغين. لقد أظهروا معًا أن التعلم يزيد من بقاء الخلايا العصبية الجديدة في الحُصين، وأن هذه الدوائر العصبية تشارك على ما يبدو في جوانب معينة من التعلم. وبعد حوالي 10 سنوات، لا يزال شورز يتساءل عن السؤال التالي: "تكوين الخلايا العصبية: ماذا عنها والتعلم؟"

حقائق أساسية

حيث تتكون خلايا عصبية جديدة

في الدماغ البالغ، تتشكل خلايا عصبية جديدة في الحُصين، وهو هيكل مرتبط بالتعلم والذاكرة. على الرغم من أن الاكتشاف الأصلي تم في القوارض، إلا أنه منذ ذلك الحين تم العثور على خلايا عصبية جديدة أيضًا في دماغ الإنسان البالغ. وبشكل أكثر تحديدًا، تظهر الخلايا العصبية الجديدة في منطقة الحصين المعروفة باسم التلفيف المسنن، والموضحة في شرائح الدماغ على اليمين.

اختبارات التعلم

ماذا تعلمنا الدراسات على الفئران؟

اعتمدت الكاتبة وزملاؤها على تجارب "تكييف الرمش" ليكتشفوا أن بذل جهد كبير لتعلم شيء ما يزيد من مستوى بقاء الخلايا العصبية الجديدة، وقد بدأوا بإجراء تجربة كلاسيكية، يسمع فيها الحيوان صوتا وبعد نصف ثانية يجعلونها يومض بمساعدة التحفيز. بعد عدة مئات من التكرار، تبدأ معظم الحيوانات في الرمش مباشرة قبل التحفيز. نظرًا لأن الصوت ومحفز الرمش منفصلان في الوقت المناسب، فمن الصعب معرفة متى ترمش. هذه المهمة تحفظ جزءًا كبيرًا من الخلايا العصبية الجديدة.

تتقن الفئران بسهولة نسخة أسهل من المهمة، حيث يتزامن تحفيز الرمش مع وقت تشغيل الصوت. هذه المهمة لا تزيد من بقاء الخلايا العصبية الجديدة. ومع ذلك، إذا قمت برفع مستوى الصعوبة أكثر، من خلال جعل الفأر يضطر إلى الانتظار لفترة أطول قبل وصول الحافز لرمش، فسيتم حفظ المزيد من الخلايا العصبية حتى مقارنة بالإصدار الكلاسيكي.

فرضية

كيف يساعد التعلم على إنقاذ الخلايا العصبية الجديدة

خلال الأسبوع الأول من الحياة، تهاجر الخلايا الجديدة في الحصين من حافة التلفيف المسنن إلى منطقة أعمق. هناك ينضجون وينضمون إلى الشبكة العصبية. التعلم الذي يحدث عندما يكون عمر الخلايا من أسبوع إلى أسبوعين يزيد من بقائها على قيد الحياة. ومن الممكن أن يكون السبب في ذلك هو تنشيط الخلايا العصبية الموجودة، والتي بدورها تطلق إشارات تشجع على نضوج الخلايا الشابة. وفي غياب التعلم خلال فترة النضج، فإن معظم خلايا الحصين الجديدة سوف تموت.

ما يساعد، ما يضر

يشجع التعلم على بقاء الخلايا العصبية الجديدة، لكنه لا يؤثر على عدد الخلايا المنتجة. ولكن تبين أن أنشطة أخرى تؤثر بالفعل على إنتاج الخلايا العصبية لدى القوارض.

تشجيع: النشاط البدني، مضادات الاكتئاب، التوت الأزرق
أدوية الاكتئاب: الكحول، النيكوتين

ماذا بعد؟

لقد تم الكشف عن الكثير حول الطريقة التي يؤثر بها التعلم على بقاء الخلايا العصبية الجديدة في الحصين. أولاً، نحن مهتمون بفهم الآليات الجزيئية المستخدمة لإنقاذ الخلايا أثناء التحديات المعرفية. ما هي الناقلات العصبية المعنية؟ أي مستقبلات؟ ومتى تعمل هذه الآليات بالضبط؟ هل يساعد التعلم الخلايا العصبية الجديدة على الاندماج في الشبكات العصبية، أم أنه يزيد من بقاء الخلايا المدمجة بالفعل؟ كيف تساهم الخلايا العصبية المنتجة في الدماغ البالغ في القدرة على تجميع المعرفة؟

يتم إجراء دراسات من هذا النوع على الحيوانات. لكننا نود أيضًا أن نفهم المزيد عن تكوين الخلايا العصبية لدى البشر، سواء لدى الأشخاص الأصحاء أو المصابين بأمراض مثل مرض الزهايمر.

وللقيام بذلك، سنحتاج إلى أساليب غير جراحية لمراقبة ولادة وموت الخلايا العصبية الجديدة في الدماغ البشري. ستسمح لنا هذه الأساليب بفهم بعض القضايا المثيرة للاهتمام، مثل درجة تكوين الخلايا العصبية في دماغ بشري سليم مقارنة بدماغ مصاب بمرض الزهايمر. في نهاية المطاف، سنكون أيضًا قادرين على اختبار ما إذا كان أي علاج، على سبيل المثال العلاج الجيني، يمكن أن يزيد من عدد الخلايا العصبية الجديدة المتبقية في الحصين، وما إذا كان تمرين معين للدماغ يمكن أن يساعد في الحفاظ على الخلايا الجديدة.

والمزيد حول هذا الموضوع

التعلم يعزز تكوين الخلايا العصبية لدى البالغين في تكوين الحصين. إليزابيث جولد، آنا بيلين، باتيما تانابات، أليسون ريفز وتريسي جيه. شورز في علم الأعصاب الطبيعي، المجلد. 2، لا. 3، الصفحات 260-265؛ مارس 1999.

تكوين الخلايا العصبية لدى البالغين يشارك في تكوين ذكريات التتبع. تريسي جيه شورز، جورج ميسجيس، آنا بيلين، مينجروي تشاو، تريسي ريدل وإليزابيث جولد في الطبيعة، المجلد. 410، الصفحات 372-376؛ 15 مارس 2001.

تكوين الخلايا العصبية والتعلم والقوة الترابطية. جايلين واديل وتريسي جيه شورز في المجلة الأوروبية لعلم الأعصاب، المجلد. 27، لا. 11، الصفحات 3020-3028؛ يونيو 2008