تشابه فعالیت عصبی ارگانوئیدهای مغزی با فعالیت عصبی مغز انسان

دانشمندان متخصص در زمینه‌ی پرورش مغزهای مینیاتوری (ارگانوئیدهای مغزی) شبکه‌هایی عصبی ایجاد کرده‌اند که مانند شبکه‌های عصبی موجود در مغز انسان کار می‌کند. آن‌ها امیدوار هستند این کشف پژوهش‌های مرتبط‌با بیماری‌های مغزی و توسعه‌ی داروها را ارزان‌تر و آسان‌تر کند.

پژوهشگران در سال‌های اخیر مشغول کار روی ایجاد مغزهای انسانی کوچک سه‌بعدی بوده‌اند. امید است این ساختارها درنهایت جایگزین مدل‌های حیوانی و تکنیک‌های تصویربرداری و کالبدشکافی‌های مرتبط با مطالعه‌ی مغز شود. این ارگانوئیدهای ساده تا حدودی بخشی از معماری قشر مغز را دارند که مسئول ویژگی‌های خاص انسان مانند تفکر، ادراک، حافظه و زبان است. هیدیا ساکاگوچی، از مؤسسه‌ی علوم زیست‌شناسی سالک در کانادا می‌گوید:

این ارگانوئیدها پیش‌تر برای مدل‌سازی بیماری‌هایی نظیر میکروسفالی پ عفونت زیکا و گلیوبلاستوما استفاده شده‌اند؛ اما درباره‌ی این موضوع که چگونه نورون‌های درون آن‌ها با هم ارتباط برقرار می‌کند، اطلاعات چندانی وجود نداشته است.

برای بررسی این موضوع، ساکاگوچی و همکارانش در دانشگاه کیوتو گلوله‌ای از سلول‌های بنیادی برداشتند و ارگانوئیدی را با بافت‌های لایه‌بندی‌شده پرورش دادند که شبیه ساختار قشر مغز بود. پس از حدود سه ماه، سلول‌هایی را از بافت جدا کردند و آن‌ها را به‌صورت جداگانه در ظرف دیگری پرورش دادند. این سلول‌ها سازماندهی خود را در خوشه‌هایی شروع کردند و شبکه‌هایی با دیگر خوشه‌های نزدیک تشکیل دادند.

در ادامه، پژوهشگران از تکنیک تصویربرداری کلسیمی استفاده کردند که روشی است برای تشخیص فعالیت عصبی و مشخص‌کردن اینکه چگونه و چه زمانی نورون‌های درون خوشه‌ها برانگیخته می‌شوند. ساکاگوچی می‌گوید در ابتدا نورون‌ها به‌صورت انفرادی برانگیخته می‌شوند؛ اما وقتی شبکه‌ها و ارتباطاتی با دیگر نورون‌ها برقرار می‌کنند، عمل آن‌ها با هم هماهنگ می‌شود.

این یافته‌ کشف مهمی به‌حساب می‌آید؛ زیرا تصور می‌شود فعالیت عصبی هماهنگ اساس عملکردهای مختلف مغز از جمله حافظه باشد. یکی دیگر از یافته‌های مهم این بود که نورون‌ها گاهی اوقات به‌صورت خود‌به‌خودی برانگیخته می‌شوند. به باور دانشمندان، این شیوه یکی از راه‌هایی است که نورون‌ها در مغز رشد و ارتباطات جدیدی برقرار می‌کنند.

ساکاگوچی معتقد است این شبکه‌های عصبی به کشف داروها و مدل‌سازی بهتر اختلالات عصبی کمک می‌کند و درنهایت، شاید دری رو به بازسازی مغز پس از بیماری یا آسیب فیزیکی بگشاید. بااین‌حال، با توجه‌ به اینکه قشر مغز نقش مهمی در هشیاری انسان ایفا می‌کند، اخلاق‌گرایان به‌شدت توسعه‌ی این ارگانوئیدها را زیرنظر خواهند گرفت. باوجوداین‌، ساکاگوچی می‌گوید فناوری فعلی با ایجاد مغز متفکر فاصله‌ی زیادی دارد. او می‌گوید:

تصور می‌کنم برای ایجاد عملکردهای مغزی پیشرفته مانند آگاهی یا تفکر، ارگانوئیدها به تجربیات ذهنی نیاز داشته باشند و این نیازمند وجود هم‌زمان سیستم‌ ورودی حسی و سیستم خروجی حرکتی است.

ساکاگوچی اشاره می‌کند ارگانوئیدهای توسعه‌یافته‌ی کنونی فاقد چنین تجاربی هستند؛ اما نگران است پیشرفت‌های آینده شاید آن‌ها را به هوشیاری نزدیک‌تر کند.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی Stem Cell Reports گزارش شده است.