بینش جدید در مورد پیچیدگی مغز

مطالعه اخیر در مرکز علوم پیچیدگی (CSH) وین، راه را برای درک عمیق‌تر پیچیدگی مغز انسان، یکی از بزرگترین و پیچیده‌ترین اندام‌های بدن انسان، هموار می‌کند. این مطالعه – که یک چارچوب ریاضی و محاسباتی برای تجزیه و تحلیل فعالیت عصبی در C. elegans ایجاد می کند، یک کرم کوچک که به عنوان ارگانیسم مدل برای مطالعه فعالیت عصبی استفاده می شود – روز جمعه در مجله منتشر شد. زیست شناسی محاسباتی PLoS.

ادوارد لی، محقق فوق دکتری در CSH و نویسنده مقاله، می‌گوید این ارگانیسم میکروسکوپی، متشکل از تنها 1000 سلول – که 300 سلول آن نورون هستند – دقیقاً نقشه‌برداری شده است، اما نقش نورون‌ها در کنترل رفتار همچنان بحث‌برانگیز است.

بر اساس پیشرفت‌های اخیر در اندازه‌گیری نورون‌ها در کرم‌های زنده، مطالعه جدید راهی برای آشکار کردن نقش نورون‌ها با استفاده از آشفتگی‌های طبیعی‌تر پیشنهاد می‌کند.

لی می‌گوید: «در کار، ما سعی می‌کنیم جامع‌تر باشیم، به این معنا که همه داده‌ها را می‌گیریم و سعی می‌کنیم بفهمیم کدام مجموعه‌ای از نورون‌ها به هم تعلق دارند و با یک رفتار خاص مرتبط هستند». به عبارت دیگر، اگر بخواهم کرم به چپ بپیچد، به یک نورون خاص اهمیتی نمی دهم، احتمالاً به چندین نورون مختلف اهمیت می دهم.

آزمایش با یک سیستم عصبی ساده

لی و تیمش این کرم را به عنوان نمونه مطالعه می کنند، زیرا سیستم عصبی ساده آن، مبنای محکمی برای درک مکانیسم های مغز حیوانات برتر مانند انسان ها فراهم می کند. محققان یک مدل ریاضی برای فعالیت عصبی جمعی ایجاد کردند. آنها سپس آزمایشی را در سیلیکون با اختلالات عصبی کوچک انجام دادند که ممکن است واکنش های رفتاری را تحریک کند و می تواند در یک آزمایش علمی تکرار شود.

ایده این است که اگر در یک مدل بتوانید هر یک از نورون‌ها را به روش‌های مختلف فشار دهید، می‌توانید نحوه تغییر رفتار را اندازه‌گیری کنید. لی توضیح می دهد که به نوعی این دو نورون یک مجموعه را تشکیل می دهند و مستقل از دیگری نیستند.

تحقیقات آینده در علوم اعصاب

لی می گوید نتایج به نورون های جالبی اشاره می کند که می توانند به عنوان نقطه شروعی برای تحقیقات علوم اعصاب مورد استفاده قرار گیرند. این مطالعه که حدود 50 نورون را در سیستم عصبی C. elegans تجزیه و تحلیل کرد، نشان می‌دهد تعداد انگشت شماری از نورون‌های “محور” وجود دارند که با پاسخ بزرگی در آمار مرتبط هستند. لی می گوید: «ممکن است ایده خوبی باشد که به آن نورون ها نگاه کنیم.

لی می گوید: “دانستن اینکه یک نورون در یک رفتار خاص دخیل است، به شما نمی گوید که چه کاری انجام می دهد. برخی از نتایج تجربی نشان نمی دهند که یک نورون لزوماً به شکل مهمی در یک رفتار نقش داشته است.” هنگامی که چندین نورون با یک رفتار خاص درگیر هستند، ممکن است جالب باشد که بررسی کنیم چگونه آنها با هم یا علیه یکدیگر کار می کنند.

این مقاله چندین فرضیه جدید در مورد اینکه چگونه کنترل رفتاری ممکن است در سلول‌های عصبی خاص متمرکز شود، ارائه می‌کند. لی در پایان می‌گوید: «ما یک چارچوب نظری برای پرسیدن این سؤال‌ها و پیش‌بینی‌ها پیشنهاد می‌کنیم.» او امیدوار است آزمایش‌ها در سال‌های آینده به آنها پاسخ دهند.

مطالعه “کشف استراتژی های کنترل پراکنده در فعالیت عصبی” توسط ادوارد دی. لی، شیاوون چن و برایان سی. دانیلز در منتشر شده است. زیست شناسی محاسباتی PLoS.