تكشف الأبحاث التي أجريت على الديدان كيفية عمل آلية تعويضية في الدماغ وتشير إلى جذورها التطورية القديمة

"إحدى القدرات الرائعة للدماغ هي القدرة على التعويض عن فقدان المدخلات الحسية. يمكنك أن تتعلم الكثير عندما تكتشف أن الجهاز العصبي البسيط إلى حد ما قادر على تحقيق وظيفة دماغية متطورة مثل هذه." يشرح الدكتور إيتاي رابينوفيتش، الذي قاد البحث في عمله في قسم البيولوجيا العصبية الطبية في كلية الطب في الجامعة العبرية

يتمتع الدماغ البشري بقدرة مذهلة على الاستجابة لفقدان الحواس من خلال تعزيز الحواس المتبقية. من خلال آلية تعويضية تعرف باسم اللدونة متعددة الوسائط
(اللدونة متعددة الوسائط)، تزداد حدة بعض الحواس بعد فقدان المدخلات من الحواس الأخرى، مثل زيادة حدة حاسة السمع لدى المكفوفين.

حتى الآن، تمت دراسة هذه الآلية في البشر والثدييات الأخرى. وكان الافتراض هو أن الآلية هي نتاج دماغ معقد يحتوي على مليارات الخلايا، مثل الدماغ البشري. والآن، تكشف دراسة دولية جديدة، بقيادة باحثين من الجامعة العبرية في القدس، أن الآلية التعويضية للدماغ هي سمة أساسية حتى في الأجهزة العصبية الأبسط بكثير من تلك الموجودة لدى البشر. وخلال الدراسة، كشف الباحثون عن كيفية عمل الآلية ونظام الإشارات بين الحواس في الدماغ الذي يمكّنها.

تم إجراء البحث، المنشور في مجلة PLOS Biology، بشكل مشترك في قسم البيولوجيا العصبية الطبية في معهد البحوث الطبية الإسرائيلي الكندي في كلية الطب بالجامعة العبرية، في مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية في كامبريدج، إنجلترا. وفي مركز فريد هاتشينسون لأبحاث السرطان في سياتل بالولايات المتحدة.

"إحدى القدرات الرائعة للدماغ هي القدرة على التعويض عن فقدان المدخلات الحسية. يمكن تعلم الكثير عندما تكتشف أن الجهاز العصبي البسيط إلى حد ما قادر على تحقيق وظيفة دماغية معقدة كهذه. وفي مثل هذه الحالة، يتم أيضًا الكشف عن عتبة جديدة لمستوى التعقيد العصبي المطلوب للحفاظ على آلية التعويض هذه، كما أنه من الأسهل أيضًا اكتشاف وفهم كيفية عملها من المستوى الجزيئي إلى المستوى السلوكي". إيتاي رابينوفيتش، الذي قاد البحث في عمله في قسم البيولوجيا العصبية الطبية في كلية الطب في الجامعة العبرية.

وفحصت المجموعة الدولية من الباحثين ما إذا كانت آلية تعويض الدماغ موجودة أيضًا في مخلوق ذي جهاز عصبي بسيط للغاية. وللقيام بذلك، قاموا بدراسة دودة صغيرة تسمى
تتغذى C. elegans، التي يبلغ طولها ملليمترًا واحدًا، على البكتيريا، ويحتوي جهازها العصبي على 302 خلية عصبية فقط (مقارنة بحوالي 100 مليار خلية عصبية في الدماغ البشري).

ودرس الباحثون العلاقة بين فقدان حاسة اللمس وتفاقم حاسة الشم لدى دودة C. elegans. وركزوا على الديدان التي تعاني من خلل وراثي يجعلها تفقد حاسة اللمس.

وفي فحص الديدان، اكتشف الباحثون تحسنا كبيرا في قدرتها على الاستجابة لروائح الطعام، أي أن حاسة الشم لديها زادت حدة في غياب قدرتها على الشعور باللمس لأجسادها. وتمكن الباحثون من ربط التغير في حاسة الشم بالتغير في قوة مشبك عصبي معين في الدائرة العصبية التي تتوسط حاسة الشم.

في الديدان الطبيعية التي تشعر باللمس، وجد الباحثون عملية قمع المشبك العصبي. تقوم الخلايا العصبية التي تستشعر اللمس بإرسال إشارات خاصة تعمل على تثبيط نشاط الخلايا العصبية الأخرى المسؤولة عن الشم، وبالتالي إضعاف القدرة على حاسة الشم. يتم تثبيط المشبك العصبي عن طريق إشارة خاصة، وهي الببتيد العصبي، الذي تفرزه الخلايا العصبية المسؤولة عن استشعار اللمس.

من ناحية أخرى، في غياب المدخلات الحسية للمس، يتم إفراز الإشارة الكابتة - الببتيد العصبي - بشكل أقل، ويتم تقوية المشبك العصبي في الدائرة الشمية وبالتالي يتم تعزيز حاسة الشم.

يوضح رابينوفيتش: "لقد تمكنا من عكس التغييرات التي حدثت بعد فقدان حاسة اللمس عن طريق التنشيط الاصطناعي للخلايا العصبية اللمسية وعن طريق هندسة مشبك عصبي جديد في الدوائر العصبية المسؤولة عن الشم". "لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه، ولكن يمكننا التفكير في التطبيقات المستقبلية لعلاج الآثار الجانبية غير المرغوب فيها بعد فقدان المدخلات الحسية."

وتضاف نتائج الدراسة إلى سلسلة من الدراسات المتعلقة بدور الببتيدات العصبية في الإشارات بين الحواس، وتوسع المعرفة حول العمليات الجزيئية والخلوية التي تقف وراء آلية تعويض الدماغ. كما أن نتائج الأبحاث قد تظهر أن آلية تعويض الدماغ قد تكون لها جذور تطورية قديمة، حيث تم اكتشافها في نظام عصبي أقل تطورا بكثير من نظامنا.

رابط المقال: http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1002348