کتاب‌های درسی علوم اعصاب ممکن است نیاز به بازنویسی داشته باشند! تحقیقات جدید در دانشگاه جانز هاپکینز نشان می‌دهد ساختار مروارید شکل آکسون، برخلاف تصور پیشین که آن را لوله‌ای صاف می‌دانست، شبیه به رشته‌ای از مروارید است. این کشف انقلابی، درک ما از چگونگی ارسال سیگنال در مغز را متحول می‌کند و شناخت ما از ساختار آکسون را دگرگون می‌سازد.
در علوم اعصاب، مدت‌هاست یک فرض بنیادین در مورد ساختار آکسون‌ها، زائده‌های منشعب‌شکل نورون‌ها که وظیفه انتقال اطلاعات در سراسر مغز را بر عهده دارند، وجود داشته است. این فرض، که در کتاب‌های درسی و تصاویر علمی بی‌شماری به تصویر کشیده شده است، آکسون‌ها را به صورت لوله‌های صاف و استوانه‌ای نشان می‌دهد. با این حال، تحقیقات جدید پزشکی جانز هاپکینز این باور ریشه‌دار را به چالش می‌کشد و ساختار جدید شگفت‌انگیزی شبیه به “رشته مروارید” را آشکار می‌کند. این کشف پیامدهای قابل توجهی برای فهم ما از سیگنال‌دهی مغز دارد و می‌تواند راه را برای درمان‌های نوین بیماری‌های عصبی هموار سازد.
زیر سوال بردن یک باور ریشه‌دار
این پژوهش، که در Nature Neuroscience منتشر شده است، از تکنیک‌های پیشرفته تصویربرداری، از جمله میکروسکوپ الکترونی انجماد با فشار بالا، برای بررسی آکسون‌ها با جزئیاتی بی‌سابقه بهره برده است. این تکنیک به دانشمندان اجازه می‌دهد تا شکل طبیعی ساختارهای سلولی ظریف را حفظ کنند، برخلاف روش‌های سنتی میکروسکوپ الکترونی که می‌توانند باعث تغییر شکل آنها شوند. این تیم سه نوع نورون موش را بررسی کردند: آنهایی که در آزمایشگاه کشت داده شده بودند، آنهایی که از موش‌های بالغ گرفته شده بودند و آنهایی که از جنین موش بودند. در تمام نمونه‌ها، محققان به طور مداوم ساختار “مروارید روی یک رشته” را مشاهده کردند که با برآمدگی‌های متناوب در امتداد آکسون مشخص می‌شود، که آنها آن را “واریسوزیته‌های غیر سیناپسی” نامیدند. این کشف به طور مستقیم با تصویر دیرینه آکسون‌ها به عنوان لوله‌های صاف و یکنواخت در تضاد است و پرسش‌های اساسی در مورد چگونگی عملکرد این ساختارها ایجاد می‌کند.
پیامدهایی برای سیگنال‌دهی مغز
شکل آکسون‌ها برای درک چگونگی ارتباط نورون‌ها بسیار مهم است. به طور سنتی، مدل لوله صاف نشان‌دهنده جریان نسبتاً ثابتی از سیگنال‌های الکتریکی در امتداد آکسون بود. با این حال، ساختار “مروارید روی یک رشته” نشانگر دینامیکی پیچیده‌تر است. محققان گمان می‌کنند که فضاهای وسیع‌تر درون “مرواریدها” به یون‌ها، ذرات باردار مسئول سیگنال‌های الکتریکی، اجازه می‌دهد آزادانه‌تر و کارآمدتر حرکت کنند و از “تراکم” احتمالی جلوگیری کنند. این می‌تواند پیامدهای قابل توجهی برای سرعت و کارایی ارتباط عصبی داشته باشد.
نقش مکانیک غشاء
برای بررسی بیشتر عواملی که بر شکل آکسون تأثیر می‌گذارند، محققان از مدل‌سازی ریاضی استفاده کردند. مدل‌های آنها نشان داد که خواص مکانیکی غشای آکسون نقش کلیدی در تشکیل ساختارهای “مروارید” ایفا می‌کند. به طور خاص، آنها دریافتند که افزایش غلظت قندها در اطراف آکسون یا کاهش تنش در غشای آکسون، اندازه ساختارهای مروارید را کاهش می‌دهد. برعکس، حذف کلسترول از غشای نورون، که آن را انعطاف‌پذیرتر و روان‌تر می‌کند، منجر به کاهش مروارید شدن و کاهش توانایی آکسون در انتقال سیگنال‌های الکتریکی می‌شود.
تحریک الکتریکی و شکل آکسون
در آزمایشی دیگر، محققان تحریک الکتریکی با فرکانس بالا را بر روی نورون‌های موش اعمال کردند. این تحریک باعث شد که “مرواریدها” متورم شوند، بلندتر و پهن‌تر شوند و سرعت سیگنال‌های الکتریکی افزایش یابد. با این حال، هنگامی که کلسترول از غشاء حذف شد، مرواریدها توانایی خود را برای متورم شدن در پاسخ به تحریک از دست دادند و سرعت سیگنال‌های الکتریکی ثابت ماند. این نشان می‌دهد که محتوای کلسترول غشاء برای پاسخ دینامیکی آکسون به فعالیت الکتریکی بسیار مهم است.
مسیرهای آینده و تأثیر بالقوه
تیم جانز هاپکینز قصد دارد تحقیقات خود را به بافت مغز انسان گسترش دهد و آکسون‌ها را در نمونه‌هایی از افرادی که تحت عمل جراحی مغز قرار گرفته‌اند و کسانی که بر اثر بیماری‌های نورودژنراتیو فوت کرده‌اند، بررسی کند. این امر برای تعیین اینکه آیا ساختار “مروارید روی یک رشته” در نورون‌های انسان نیز وجود دارد یا خیر و اینکه آیا تغییرات در این ساختار ممکن است در اختلالات عصبی نقش داشته باشد، بسیار مهم خواهد بود. این پژوهش پتانسیل ایجاد انقلابی در درک ما از چگونگی عملکرد مغز را دارد و می‌تواند به راهکارهای درمانی جدید برای طیف وسیعی از بیماری‌های عصبی منجر شود. این کشف که آکسون‌ها لوله‌های ساده‌ای نیستند، بلکه ساختارهای پیچیده و پویا هستند، مسیرهای جدید هیجان‌انگیزی را برای پژوهش می‌گشاید و بر اهمیت زیر سوال بردن مداوم اصول علمی تثبیت شده تأکید می‌کند. این یافته بر ماهیت پویای اکتشاف علمی و اهمیت اصلاح مداوم فهم ما از سیستم‌های زیستی پیچیده‌ای که حیات ما را اداره می‌کنند، تأکید می‌ورزد. محققان با به چالش کشیدن فرضیات ریشه‌دار و پذیرش فناوری‌های جدید، عملکرد پیچیده مغز را آشکار می‌کنند و راه را برای درک عمیق‌تر از سلامت و بیماری انسان هموار می‌سازند.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: scitechdaily
