دانشمندان مغزهای کوچکی را پرورش دادند

برای اولین‌بار، بافت مغزی که در آزمایشگاه پرورش داده شده بود، خود به خود فعالیت الکتریکی از خود نشان داد و به طور شگفت‌انگیزی شبیه به فعالیت مغز انسان میباشد. به ویژه، شبیه ِ فعالیت مغز نوزادانِ نارس!

کد خبر: ۲۴۱۰۶۲

تاریخ: ۱۲ آذر ۱۳۹۷ - ۰۷:۴۰

گزارشِ این پیشرفت شگفت‌انگیز هنوز در حال بررسی است، اما اگر تأیید شود، می‌تواند کشف بزرگی باشد که امکاناتی را برای بررسی توسعۀ اختلالات مغزی به ارمغان می‌آورد. همچنین باعث شده که برخی دانشمندان احساس تردید کنند. این مغزهای پرورش‌یافته که در آزمایشگاه ارگانوئید نام دارند- در واقع نسخه‌های ساده‌ شدۀ مینیاتوریِ سه بعدی از اندام‌هایی هستند که به منظور اهداف تحقیقاتی، مانند آزمایش کردن پاسخ داروها، یا رشد سلول تحت شرایط ِ نامطلوب، در آزمایشگاه پرورش داده می‌شوند.

عصب‌شناس «آلیسون موتری» ارگانوئیدهای مغز را به مدت چندین سال در آزمایشگاه خود در دانشگاه کالیفرنیا- سان دیگو، پرورش داد، اما این نخستین‌باری است که وی و تیمش چیزی شبیه به فعالیت مغز انسان را مشاهده کردند. آنها ارگانوئیدهای مورد نظر را از سلول‌ها بنیادی چندقابلیتیِ انسان، یا سلول‌های بنیادی که می‌توانند به هر نوع سلول ِ دیگر تبدیل شوند، پرورش دادند. آنها این «محصولات تکمیل‌نشده» را ساختند تا به سلول‌هایی که قشر مغزی را تشکیل می‌دهند، توسعه یابند؛ قشر مغزی ناحیه‌ای از مغز است که مسئول چیزهای مهم اولیه از قبیل حافظه، ادراک، شناخت، تفکر و پردازش حسی می‌باشد.

صدها عدد از این مغزهای کوچک طی دورۀ ده ماهه در محیطی پرورش داده شدند و آزمایشی برای اطمینان از اینکه ژن‌های مناسبی برای نمو مغز بیان شده‌اند، انجام شد. آنها همچنین اندام‌ها را دائماً با الکتروانسفالوگرافی(EEG) کنترل می‌کردند. طبق گزارش Nature، طی شش ماه، مغزها شروع به نشان دادن فعالیت مغزی کردند- بسیار فعال‌تر از چیزی که این تیم قبلاً اشاره کرده بود.

در تجزیه و تحلیل، این فعالیت شباهت چندانی به فعالیت مغزیِ سازمان‌یافته و قابل پیش‌بینیِ در بزرگسالان نداشت. اما به نوع متفاوتی از فعالیت مغزی شبیه بود. این فعالیت، الگوهای مغزی مشابهی شبیه نوزادان نارس داشت. پژوهشگران در مقالۀ خود نوشتند: «در حالی که فعالیت شبکه‌ای ارگانوئیدها، پیچیدگی زمانیِ کامل که در بزرگسالان مشاهده می‌شود را نشان نمی‌دهد، اما الگوی دوره‌های متناوب خاموشی و رویدادهای همگام‌شدۀ شبکه‌ای در آن، شبیه به نشانه‌های الکتروفیزیولوژیکی است که در الکتروانسفالوگرافی نوزادان انسان وجود دارد.»

دقیقاً همان نیست. اما مدل یادگیری ماشین که در مورد نشانه‌های الکتروانسفالوگرافیِ نارس آموزش دیده است، توانست بسیاری از ویژگی‌های مشترک با جدول زمانی نموِ طبیعی را شناسایی کند. در ۲۸ هفتۀ گذشته، به نظر می‌رسید که ارگانوئیدها در مسیر نموّی مشابه با مسیر نمو نوزادان نارس با همین سن، بودند. ارگانوئیدهای مغز کاملاً شبیه به بخش‌های مغز واقعی انسان نیستند- نه تنها کوچکتر و ساده‌تر هستند، بلکه دارای دیگر نواحی مغزی که به آن وصل شوند هم نیستند. همچنین اینها به گونه‌ای مهندسی شده بودند تا در پروتئینی که برای عملکرد عادی نورون‌ها است، کمبود داشته باشند.

اما آنها می‌توانند گامی در جه درک بهتر نمو مغز را نشان دهند، زیرا بررسی مغز نوزادان نارس آسان نیست و آشکار است که مغز بزرگسالان هم پیچیده است. پژوهشگران نوشتند: «در حالی که ما برابری عملکردی بین ارگانوئیدها و قشر مغزی نوزادِ تازه‌متولدشده را ادعا نمی‌کنیم، اما نتایج کنونی، اولین گام به سمت مدلی آزمایشگاهی را نشان می‌دهد که برخی پویایی‌های نوسانی فضایی-زمانیِ پیچیدۀ مغز انسان را دارد.»

پژوهشگران همچنان به تلاش برای توسعۀ مغزها ادامه خواهند داد تا ببینند که آیا این مغزها بالغ می‌شوند یا خیر. اما دانشمندان واقعاً نگرانِ نزدیک شدن به رشدِ آگاهی در محیطی در آزمایشگاهی هستند. تا کنون هیچ یک از مغزها علائمی از آگاهی را نشان نداده‌اند، اما همانطور که آزمایش ادامه دارد، این احتمال نیز وجود دارد.

عصب‌شناس کریستوف کوچ از مؤسسه علوم مغز آلن در سیاتل گفت: «هرچه به نوزاد نارس نزدیک‌تر شوند، بیشتر نگران خواهند شد.» با توجه به مهندسی دقیق ارگانوئیدها برای مهار عملکرد طبیعی، پژوهشگران در این مرحله نگران نیستند. با این حال اگر هر یک از آنها نشانه‌های آگاهی را داشته باشند، محققان پروژه را متوقف خواهند کرد. این تحقیق در نشست سالانۀ علوم اعصاب در اوایل نوامبر ارائه شد و در منبع bioRxiv آن منتشر شده است.