ارتباطات عجیب نورون‌ها/ وای‌فای در سیستم عصبی موجود زنده

غزال زیاری: تا پیش از این محققان متوجه وسعت این ارتباط بی‌سیم نشده بودند. این ارتباط هنگامی رخ می‌دهد که مولکولی به نام نوروپپتید توسط یک نورون آزاد شده و توسط نورون دیگری در فاصله‌ای دورتر رهگیری می‌شود. تحقیقات جدیدی که در مجلات نیچر و نورون منتشر شده‌اند، برای اولین بار کل شبکه ارتباط نوروپپتیدی در یک ارگانیزم مدل را ترسیم کرده‌اند. گاسپار جکلی، عصب‌شناس دانشگاه هایدلبرگ آلمان که در این تحقیقات مشارکت نداشته در این رابطه گفت:« ما می‌دانستیم که این ارتباطات شیمیایی وجود دارند ولی این احتمالا کامل‌ترین مطالعه درباره کل سیستم عصبی است و تحقیقات حکایت از آن دارد که فقط بحث سیناپس‌ها مطرح نیست.»

ترسیم نقشه

محققان پیش از این نقشه و کانکتوم‌های آناتومیکی را طراحی کرده بودند که نشان می‌داد که چطور تمام نورون‌ها در مگس‌های میوه (Drosophila melanogaster) و کرم‌های الگانس (C. elegans) توسط سیناپس‌هایشان به هم مرتبط هستند.

"این ارتباط هنگامی رخ می‌دهد که مولکولی به نام نوروپپتید توسط یک نورون آزاد شده و توسط نورون دیگری در فاصله‌ای دورتر رهگیری می‌شود"از سوی دیگر ویلیام شفر، عصب‌شناس آزمایشگاه بیولوژیکی مولکولی MRC در بریتانیا درباره نقش نوروپپتیدها که تا پیش از این به عنوان تنها کمک کننده در پیام‌رسانی سیستم عصبی در نظر گرفته می‌شدند، ابهامات زیادی دارد. او گفته:« وقتی اولین بار در این رابطه صحبت کردم، برخی متعجب شدند که آیا این تنها مثل یک سوپ است که در آن نوروپپتیدها به صورت تصادفی و به شکل شناور از یک نورون به نورون دیگر منتقل می‌شوند؟ یا واقعا می‌توان آن را به عنوان یک شبکه دید؟»

بیشتر بخوانید:

• سرقت هوشمندانه و حیرت‌آور دلفین‌ها از انسان/ عکس

• آشنایی با بزرگترین و مرگبارترین زیردریایی اتمی جهان

او و همکارانش به تحلیل این موضوع پرداختند که کدام نورون‌ها در سیستم عصبی کرم‌های الگانس (C. elegans) ژن‌های نوروپپتیدهای خاص را بیان می‌کنند و کدام یک ژن‌های گیرنده این نوروپپتیدها را نشان می‌دهند. اعضای این تیم با بهره‌گیری از این داده‌ها، پیش‌بینی کردند که کدام جفت سلول عصبی ممکن است به شکل بی‌سیم با هم ارتباط برقرار کنند.

برپایه این نتایج، محققان یک نقشه بالقوه از اتصالات بی‌سیم در بدن کرم را ترسیم کرده و به اتصالات متراکمی رسیدند که به نظر بسیار متفاوت از نمودار آناتومیک کرم‌های الگانس است. آنها هفته گذشته نتایج این تحقیقات را در مجله Neuron منتشر کردند.

یک تیم مستقل دیگر به سرپرستی اندرو لیفر، عصب‌شناس دانشگاه پرینستون در نیوجرسی با اندازه‌گیری فعالیت عصبی، به بررسی و مطالعه نحوه عبور سیگنال‌ها در بدن کرم‌های الگانس پرداخت که سهم مشارکت این شبکه بی‌سیم را آشکار کرد.

این تیم از اپتوژنتیک استفاده کرد که تکنیکی است که در آن از نور و پروتئین‌های حساس به نور برای تحریک سلول‌های عصبی استفاده می‌شود تا بدین ترتیب پیغام‌های عصبی ارسال گردد. محققان یکی یکی، هریک از ۳۰۲ نورون کرم الگانس را فعال کرده و سپس نحوه انتشار سیگنال‌ها از یک نورون به نورون دیگر را تصویر برداری نمودند.

نقشه فعالیت‌هایی که آنها ترسیم کردند، با آنچه درمورد کرم‌های الگانس برپایه کانکتوم استاندارد آن پیش‌بینی شده بود، مطابقت نداشت و آنها گمان می‌کردند که ارتباط نوروپپتیدی، قطعه گم شده ماجرا باشد. در نتیجه آنها یک کرم دستکاری شده ژنتیکی تولید کردند که فاقد پروتئین حیاتی برای این نوع سیگنال‌دهی بود. محققان مشاهده کردند که زمانی که سعی می‌کردند تا سلول‌های کرم را با اپتوژنتیک فعال کنند، بسیاری از این سلول‌ها ساکت ماندند و این حکایت از آن دارد که ارتباطات بی‌سیم در بدن کرم، مستقیما نورون‌ها را فعال می‌کند.

زمانی که محققان مدلی را برای توصیف فعالیت عصبی در بدن کرم‌های الگانس ایجاد کردند، متوجه شدند که انواع اتصالات سیمی، سیناپسی و سیگنال‌های بی‌سیم، بهتر از ارتباطات صرفا سیناپسی، نحوه حرکت سیگنال‌ها در بدن کرم را پیش‌بینی می‌کند. اعضای این تیم، نتایج این تحقیق را در مجله نیچر منتشر کرده و آن را در نشست انجمن اعصاب در واشنگتن ارائه نمودند.

یک نمای کاملا جدید

فرانچسکو راندی، اولین نویسنده مقاله منتشر شده در نیچر در این رابطه گفت:« این حیرت‌آور بود که ببینیم ارتباط نوروپپتیدی واقعا می‌تواند منجر به فعال شدن مستقیم نورون‌ها شود.» ایزابل بیتز، عصب‌شناس دانشگاه کاتولیک لوون در بلژیک و نویسنده مطالعه مجله Neuron گفته:« شبکه نوروپپتیدی به‌عنوان کمکی برای سیگنال‌دهی سیناپسی درنظر گرفته شده.

"تحقیقات جدیدی که در مجلات نیچر و نورون منتشر شده‌اند، برای اولین بار کل شبکه ارتباط نوروپپتیدی در یک ارگانیزم مدل را ترسیم کرده‌اند"اما مقیاس گسترده این نقشه سیگنالینگ نشان می‌دهد که این به اندازه شبکه سینگالینگ سیناپسی مهم و پیچیده است و حتی شاید از آن هم متنوع‌تر باشد.»

طبق گفته شفر، داروهایی مثل سماگلوتید که برای کاهش وزن مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌توانند گیرنده‌های نوروپپتیدی را در بدن فعال کنند؛ در نتیجه درک این شبکه بی‌سیم واقعا مهم است.

شفر و همکارانش در نظر دارند تا در مرحله بعدی، مطالعات مشابهی را در سایر ارگانیزم‌ها انجام دهند و هدفشان درک این است که چطور شبکه نوروپپتیدی، در ترکیب با شبکه سیناپسی سیمی، به رفتار ارگانیزم‌ها کمک می‌کند. تکنیکی که مقاله آن هفته گذشته در مجله ساینس منتشر شد، به محققان این امکان را می‌دهد تا مشاهده کنند که جایی که نوروپپتیدها به گیرنده‌هایشان متصل می‌شوند، تا چه حد می‌تواند به این جستجو کمک کند. از آنجا که نوروپپتیدها در همه گونه‌های جانوری وجود دارند، برخی محققان گمان می‌کنند که شبکه موجود در بدن این کرم‌ها می‌تواند مشابه با شبکه عصبی موجودات دیگری از جمله انسان‌ها باشد.

استفان اسمیت، عصب‌شناس در این باره گفته:« این دو مقاله، مثال‌های زیبایی از بهره‌گیری از یک ارگانیزم ساده و مطالعه شده هستند که ابزارهای مولکولی و ژنتیکی زیادی دارند که برای شروع یادگیری درس‌های فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرند و من ۱۰۰% خوشبین هستم که در مورد همه حیوانات اعمال شوند.»

محققان امیدوارند که یافته‌های آنها بتواند دیگران را به تفکری متفاوت در مورد چگونگی ایجاد دینامیک عصبی تشویق کند. جکلی دراین باره گفته:« فکر می‌کنم ما باید فقط از دیدگاه صرفا سیناپسی سیستم عصبی فاصله بگیریم. این روش کار نخواهد کرد.»

منبع: nature

۵۸۵۸