موش ها معمولاً دو سال و میمون ها 25 سال عمر می کنند، اما به نظر می رسد هر دو مغز سیناپس های خود را همزمان توسعه می دهند. این یافته در یک مطالعه اخیر به رهبری بابی کاستوری، عصب شناس از وزارت انرژی ایالات متحده منتشر شده است.گوزن) آزمایشگاه ملی آرگون و همکارانش در دانشگاه شیکاگو، برای دانشمندان علوم اعصاب یک شوک است.
تاکنون تصور می‌شد که رشد مغز در موش‌ها سریع‌تر از سایر پستانداران با عمر طولانی‌تر مانند نخستی‌سانان و انسان‌ها اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، کسانی که مغز یک موش 2 ماهه را مطالعه می کنند، تصور می کنند که رشد مغز از قبل به پایان رسیده است، زیرا طول عمر کلی کوتاه تری برای رشد دارد. در مقابل، تصور می شود که مغز یک پستاندار 2 ماهه هنوز در حال تغییرات رشدی است. بر این اساس، مغز موش 2 ماهه مدل خوبی برای مقایسه با نخستی 2 ماهه محسوب نمی شود.
به نظر می رسد که این فرض کاملاً اشتباه است، که نویسندگان معتقدند بسیاری از نتایج را با استفاده از داده های مغز موش جوان به عنوان مبنایی برای مطالعه شرایط مختلف انسانی، از جمله اوتیسم و سایر اختلالات عصبی، زیر سوال می برد.
“یک سوال اساسی در علوم اعصاب، به ویژه در مغز پستانداران، این است که مغز چگونه رشد می کند؟ گفت کاستوری.“معلوم شد که مغز پستانداران در هر مرحله مطلق به همان سرعت بالغ می شود. اکنون که ثابت کرده ایم ساعت یکسان است، باید در مورد پیری و رشد تجدید نظر کنیم.
گرگ ویلدنبرگ همکار پژوهشی در دانشگاه شیکاگو و نویسنده اصلی این مطالعه به همراه کاستوری و دانشجویان هانیو لی، واندانا سامپاتکومار و آناستازیا سوروکینا است. او با دقت به نورون ها و سیناپس هایی که در مغز موش های بسیار جوان شلیک می شوند نگاه کرد. او از اینکه بچه موش با وجود اینکه تقریباً هیچ ارتباط قابل اندازه گیری در مدار مغزش نداشت، می خزد، غذا می خورد و دقیقاً مطابق انتظار رفتار می کرد، شگفت زده شد.
“ویلدنبرگ گفت: فکر می‌کنم یک سیناپس به طول یک نورون کامل پیدا کرده‌ام و این تکان‌دهنده است.“این نوزاد زنده به مدت شش روز پس از تولد در خارج از رحم زندگی می کرد و بدون اینکه هیچ یک از نورون های مغزش واقعاً به یکدیگر متصل باشند، رفتار می کرد و دنیا را تجربه می کرد. ما باید مراقب تفسیر بیش از حد نتایج خود باشیم، اما این جذاب است.”
نورون‌های مغز با نورون‌های سلول‌های هر اندام دیگری متفاوت هستند، زیرا سلول‌های مغز پس‌میتوتیک هستند، یعنی هرگز تقسیم نمی‌شوند. تمام سلول های دیگر بدن – کبد، معده، قلب، پوست و غیره. – تقسیم، جایگزینی و خراب شدن در طول زندگی. این فرآیند با رشد شروع می شود و در نهایت به سمت پیری پیش می رود. با این حال، مغز تنها اندام پستاندارانی است که در اولین و آخرین روز زندگی، اساساً سلول های مشابهی دارد.
موضوع را پیچیده تر می کند، سلول های جنینی اولیه هر گونه یکسان به نظر می رسند. اگر جنین‌های ماهی، موش، پستانداران و انسان در یک ظرف پتری کنار هم قرار می‌گرفتند، تشخیص اینکه کدام جنین به کدام گونه تبدیل می‌شود، عملا غیرممکن بود. در لحظه ای مرموز، تغییری در برنامه ریزی رشد در جنین رخ می دهد و تنها یک گونه خاص ظاهر می شود. دانشمندان دوست دارند نقش سلول های مغز را در رشد مغز و همچنین در رشد فیزیکی گونه ها درک کنند.
“یک سوال اساسی در علوم اعصاب، به ویژه در مغز پستانداران، این است که مغز چگونه رشد می کند؟ معلوم شد که مغز پستانداران در هر مرحله مطلق به همان سرعت بالغ می شود. اکنون که ثابت کرده ایم ساعت یکسان است، باید در مورد پیری و رشد تجدید نظر کنیم. – بابی کاستوری، محقق علوم اعصاب، آزمایشگاه ملی آرگون
“یک سوال اساسی در علوم اعصاب، به ویژه در مغز پستانداران، این است که مغز چگونه رشد می کند؟ معلوم شد که مغز پستانداران در هر مرحله مطلق به همان سرعت بالغ می شود. اکنون که ثابت کرده ایم ساعت یکسان است، باید در مورد پیری و رشد تجدید نظر کنیم. – بابی کاستوری، محقق علوم اعصاب، آزمایشگاه ملی آرگون
کاستوری و تیمش توانستند کشف اخیر خود را به لطف تسهیلات محاسباتی رهبری آرگون (Argonne Leadership Computing Facility) توسعه دهند.ALCF)، آ گوزن تسهیلات کاربری دفتر علوم. را ALCF قادر به پردازش مجموعه داده های عظیم است –“ترابایت و ترابایت و ترابایت بیشتر داده،” کاستوری گفت – برای بررسی سلول های مغز در مقیاس نانو. محققان از امکانات ابررایانه برای بررسی هر نورون و شمارش هر سیناپس در چندین نمونه مغز در سنین مختلف این دو گونه استفاده کردند. کاستوری گفت که جمع آوری و تجزیه و تحلیل این سطح از داده ها غیرممکن خواهد بود ALCF.
کاستوری می داند که بسیاری از دانشمندان برای تایید نتایج مطالعه اخیر به داده های بیشتری نیاز دارند. او خود نتایج تحقیقات گذشته را در چارچوب اطلاعات جدید بازتفسیر می کند.
“یکی از مطالعات قبلی که انجام دادیم مقایسه مغز یک موش بالغ با مغز یک پستاندار بالغ بود. ما فکر می‌کردیم که پستانداران از موش‌ها باهوش‌تر هستند، بنابراین هر نورون باید ارتباطات بیشتری داشته باشد، انعطاف‌پذیرتر باشد، مسیرهای بیشتری داشته باشد و غیره.»“ما متوجه شدیم که دقیقاً برعکس است. نورون‌های موجود در پستانداران نسبت به نورون‌های موش‌ها ارتباط بسیار کمتری دارند. حالا که به گذشته نگاه می کنیم، فکر می کردیم که گونه های مشابه را با هم مقایسه می کنیم، اما اینطور نبود. ما یک موش 3 ماهه را با یک نخستی 5 ساله مقایسه کردیم.
پیامدهای این مطالعه برای انسان نامشخص است. برای یک چیز، انسان ها از نظر رفتاری کندتر از سایر گونه ها تکامل می یابند. به عنوان مثال، بسیاری از پستانداران چهار پا می توانند در اولین ساعت زندگی خود راه بروند، در حالی که انسان ها اغلب بیش از یک سال قبل از برداشتن اولین قدم های خود طول می کشند. آیا قوانین و سرعت رشد سیناپسی در مغز انسان در مقایسه با سایر مغزهای پستانداران متفاوت است؟
“ما بر این باوریم که وقتی بتوانیم به بافت انسان نگاه کنیم، چیزی قابل توجه، چیزی جادویی آشکار خواهد شد.”“اینجاست که ساعت، که برای همه این انواع دیگر پستانداران یکسان است، می تواند بشکند.
ویلدنبرگ امیدوار است که اطلاعات جمع‌آوری‌شده در طول این مطالعه منجر به توسعه داروهایی شود که اختلالات و بیماری‌های عصبی انسان را بهتر مورد هدف قرار می‌دهند.
“مدل‌های موش ممکن است برای توسعه داروهای قلبی عروقی عالی باشند زیرا قلب‌ها که اساساً پمپ هستند، به طور مشابه در بین گونه‌ها کار می‌کنند.»“با این حال، تولید دارو برای بیماری های عصبی بسیار دشوار است. درک چگونگی رشد مغز گونه‌های مختلف بسیار مهم است تا دانشمندان بتوانند رویکردها را بر اساس نوآوری‌ها و سازگاری‌های مغزی تنظیم کنند.
نتایج این مطالعه در طبیعت.
