دانشمندان علوم اعصاب نقشه هایی از مغز پس از آسیب مغزی ایجاد می کنند

دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در ایروین کشف کرده اند که آسیب به بخشی از مغز باعث تغییر اتصالات بین سلول های عصبی در سراسر مغز می شود. این تحقیق جدید در این هفته منتشر شد ارتباطات طبیعت.

هر سال در ایالات متحده، نزدیک به دو میلیون آمریکایی دچار آسیب مغزی تروماتیک (TBI) می شوند. بازماندگان می توانند مادام العمر با ناتوانی های جسمی، شناختی و عاطفی زندگی کنند. در حال حاضر هیچ درمانی وجود ندارد.

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها برای دانشمندان علوم اعصاب، درک کامل این موضوع بوده است که چگونه TBI ارتباط متقابل بین سلول‌های مختلف و مناطق مغز را تغییر می‌دهد.

در مطالعه جدید، محققان فرآیندی به نام iDISCO را بهبود بخشیدند که از حلال‌ها برای شفاف‌سازی نمونه‌های بیولوژیکی استفاده می‌کند. این فرآیند مغزی کاملاً دست نخورده را پشت سر می گذارد که می تواند با لیزر روشن شود و با میکروسکوپ های تخصصی به صورت سه بعدی تصویربرداری شود.

با بهبود فرآیندهای پاکسازی مغز، تیم UCI ارتباطات عصبی را در سراسر مغز ترسیم کرد. محققان بر روی اتصالات به نورون های بازدارنده تمرکز کردند، زیرا این نورون ها در برابر مرگ پس از آسیب مغزی بسیار آسیب پذیر هستند. این تیم ابتدا به هیپوکامپ، ناحیه ای از مغز که مسئول یادگیری و حافظه است، نگاه کردند. سپس، آنها قشر جلوی مغز، ناحیه ای از مغز که با هیپوکامپ کار می کند، بررسی کردند. در هر دو مورد، تصویربرداری نشان داد که نورون‌های بازدارنده پس از TBI اتصالات بیشتری را از سلول‌های عصبی مجاور به دست می‌آورند، اما ارتباط آنها با بقیه مغز قطع می‌شود.

دکتر رابرت هانت، دانشیار آناتومی و زیست‌شناسی عصبی و مدیر مرکز تحقیقات صرع در مدرسه UCI، گفت: مدت‌هاست که می‌دانستیم ارتباط بین سلول‌های مختلف مغز می‌تواند پس از یک آسیب به طرز چشمگیری تغییر کند. آزمایشگاهی که این مطالعه را انجام داده است، “اما، ما تاکنون نتوانسته ایم ببینیم در کل مغز چه اتفاقی می افتد.”

هانت و تیمش برای نگاهی دقیق تر به اتصالات آسیب دیده مغز، تکنیکی را برای معکوس کردن فرآیند پاکسازی و کاوش مغز با رویکردهای آناتومیکی سنتی ابداع کردند.

یافته‌ها به‌طور شگفت‌انگیزی نشان داد که برآمدگی‌های طولانی سلول‌های عصبی دوردست هنوز در مغز آسیب‌دیده وجود دارد، اما آنها دیگر ارتباطی با نورون‌های بازدارنده ایجاد نمی‌کنند.

الکسا تیرنو، دانشجوی فارغ التحصیل و نویسنده اول این مطالعه، توضیح داد: «به نظر می‌رسد که کل مغز با دقت دوباره سیم‌کشی می‌شود تا آسیب را جبران کند، صرف نظر از اینکه آسیب مستقیمی به منطقه وارد شده است یا خیر». اما بخش‌های مختلف مغز احتمالاً به خوبی قبل از آسیب با هم کار نمی‌کنند.»

سپس محققان می خواستند تعیین کنند که آیا امکان اتصال مجدد نورون های بازدارنده با مناطق دوردست مغز وجود دارد یا خیر. برای کشف این موضوع، هانت و تیمش بر اساس تحقیقات قبلی تیم نشان می‌دهد که پیوند بین نورون می‌تواند حافظه را بهبود بخشد و تشنج را در موش‌های مبتلا به TBI متوقف کند، سلول‌های داخلی جدید را به هیپوکامپ آسیب‌دیده پیوند زدند و اتصالات آنها را ترسیم کردند.

نورون های جدید اتصالات مناسبی را از سراسر مغز دریافت کردند. در حالی که این ممکن است به این معنی باشد که می‌توان مغز آسیب‌دیده را برای ترمیم این اتصالات از دست رفته به خودی خود ترغیب کرد، هانت گفت که یادگیری نحوه ادغام سلول‌های عصبی پیوندی در مدارهای مغزی آسیب‌دیده برای هر تلاش آینده برای استفاده از این سلول‌ها برای ترمیم مغز ضروری است.

هانت می‌گوید: «مطالعه ما افزوده‌ای بسیار مهم به درک ما از چگونگی استفاده از پیش‌سازهای بازدارنده برای درمان TBI، صرع یا سایر اختلالات مغزی است.» برخی از افراد پیشنهاد کرده‌اند که پیوند بین نورون‌ها ممکن است با آزاد کردن مواد ناشناخته برای تقویت ظرفیت بازسازی ذاتی مغز را جوان‌سازی کند، اما ما متوجه می‌شویم که نورون‌های جدید واقعاً به سختی به مغز متصل می‌شوند.

هانت امیدوار است در نهایت بتواند سلول درمانی را برای افراد مبتلا به TBI و صرع توسعه دهد. تیم UCI اکنون آزمایش‌ها را با استفاده از نورون‌های بازدارنده تولید شده از سلول‌های بنیادی انسانی تکرار می‌کند.

هانت گفت: “این کار ما را یک قدم به یک درمان مبتنی بر سلولی برای افراد نزدیکتر می کند.” بسیار مهم است که گامی عاقلانه به سوی این هدف پیش ببریم و این زمان می برد.”

یان سی فرانکوفسکی، دکتری. شریا پاوانی; کوئینسی کائو و دیوید سی لیون، دکتری. نیز به این مطالعه کمک کرد.