مغز پس از آسیب، کار را میان نورونهای باقیمانده تقسیم میکند
اگر بخشی از مغز یا مسیرهای عصبی آن آسیب ببیند، معمولا انتظار نداریم سلولهای عصبی ازدسترفته دوباره رشد کنند. نورونها، یعنی سلولهایی که پیامهای عصبی را در مغز و دستگاه عصبی منتقل میکنند، برخلاف بسیاری از سلولهای بدن توان محدودی برای بازسازی دارند. با این حال، مغز گاهی میتواند پس از آسیب، بخشی از عملکرد ازدسترفته خود را دوباره به دست آورد؛ اما این اتفاق چگونه ممکن است؟
آناتک در گفتوگو با دکتر «آتاناسیوس الکساندریس» (Dr. Athanasios Alexandris)؛ پزشک، پژوهشگر «دانشکده پزشکی دانشگاه جانز هاپکینز» و نویسنده اصلی این پژوهش، به بررسی سازوکار بازسازماندهی مغز پس از آسیب و چگونگی شکلگیری ارتباطات عصبی جدید در مسیر بینایی پرداخته است. در این گفتوگو، او توضیح میدهند سلولهای عصبی باقیمانده چگونه میتوانند بخشی از ارتباطات ازدسترفته را جبران کنند و چرا این روند در موشهای نر و ماده با یکدیگر تفاوت دارد.
دکتر آتاناسیوس الکساندریس - Dr. Athanasios Alexandris
این موضوع در یک مطالعه منتشر شده در «پاب مد» (Pub Med) روی موشها مورد بررسی قرار گرفته است. پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز پس از ایجاد آسیب مغزی، مسیر ارتباطی میان چشم و مغز را دنبال کردند؛ مسیری که اطلاعات دیداری را از چشم به مغز منتقل میکند و نقش مهمی در فرایند بینایی دارد.
پژوهشگران انتظار نداشتند سلولهای عصبی ازدسترفته دوباره ظاهر شوند و بررسیها نیز چنین چیزی را نشان نداد. اتفاق مهم در جای دیگری رخ داد: سلولهایی که از آسیب جان سالم به در برده بودند، شروع به ایجاد شاخههای عصبی جدید کردند. این شاخهها به سلولها امکان دادند با بخشهای بیشتری از مغز ارتباط برقرار کنند و تا حدی جای ارتباطات ازدسترفته را بگیرند.
به زبان ساده، مغز سلولهای از بین رفته را جایگزین نکرد؛ بلکه از سلولهای باقیمانده استفاده کرد تا شبکه ارتباطی خود را دوباره سازماندهی کند. بررسی فعالیت مغز نیز نشان داد این ارتباطات جدید فقط از نظر ظاهری شبیه مسیرهای قبلی نیستند، بلکه فعالاند و میتوانند پیامهای بینایی را منتقل کنند.
با این حال، پژوهشگران تفاوت قابل توجهی میان موشهای نر و ماده مشاهده کردند. در موشهای نر، بازسازماندهی عصبی سریعتر و کاملتر بود؛ در حالی که در موشهای ماده این روند آهستهتر اتفاق افتاد و در برخی شاخصها حتی پس از مدت طولانی نیز کامل نشد. این تفاوت میتواند سرنخ مهمی برای درک بهتر روند بهبودی پس از آسیبهای مغزی باشد. پژوهشگران امیدوارند بررسی دقیقتر این تفاوتها بتواند به شناخت بهتر سازوکار ترمیم مغز و در آینده، طراحی روشهای مؤثرتر برای کمک به بهبودی آسیبهای عصبی منجر شود.
البته باید توجه داشت که این مطالعه روی موشها انجام شده و نمیتوان نتایج آن را مستقیما به انسان تعمیم داد. با این حال، یافتهها نشان میدهند مغز ممکن است پس از آسیب، ظرفیت بیشتری برای بازسازی و سازماندهی دوباره ارتباطات عصبی داشته باشد؛ ظرفیتی که میتواند مسیرهای تازهای برای مطالعه بهبود عملکردهای ازدسترفته ایجاد کند.
در ادامه، جزئیات این پژوهش و سازوکار شکلگیری ارتباطات عصبی جدید، میزان تأثیر این ارتباطات بر بازگشت عملکرد بینایی را از زبان پژوهشگر این مطالعه میخوانید.
برای کسی که با «آسیب مغزی تروماتیک» (TBI) آشنا نیست، این آسیب چه بلایی سر سیستم بینایی میآورد؟
اول باید بدانیم که آسیب مغزی تروماتیک یک نوع آسیب مشخص نیست. ممکن است خیلی خفیف باشد، مثل ضربه مغزی یا کانکاشن، یا در موارد شدیدتر شامل آسیبهای جدی و حتی نفوذی به مغز شود.
یکی از شایعترین اتفاقاتی که در این آسیبها رخ میدهد، چیزی است که به آن آسیب منتشر آکسونی میگوییم. آکسونها را میتوانیم مثل سیمهایی تصور کنیم که پیامها را بین سلولهای عصبی جابهجا میکنند. وقتی سر بهسرعت به جلو و عقب حرکت میکند، این «سیمها» کشیده و آسیبدیده میشوند. بنابراین، در بسیاری از موارد، مشکل اصلی این نیست که خود سلولهای عصبی از بین رفته باشند؛ بلکه ارتباط آنها با یکدیگر آسیب دیده است.
نکته مهم این است که همه قسمتهای مغز به یک اندازه آسیبپذیر نیستند. بعضی مسیرهای عصبی حساسترند و سیستم بینایی یکی از همین مسیرهاست. ما هنوز دقیقاً نمیدانیم چرا، اما در انسان و حیوانات هر دو دیدهایم که سیستم بینایی در برابر این نوع آسیب بسیار حساس است. اتفاقاً همین ویژگی آن را به یک مدل خیلی خوب برای مطالعه تبدیل میکند. چون میتوانیم میزان آسیب را در مدل آزمایشگاهی کنترل کنیم و بعد ببینیم در طول زمان چه اتفاقی برای این مسیر میافتد.
«سلولهای گانگلیونی شبکیه» (RGC)، نقطه شروع این مسیر هستند. این سلولها در شبکیه قرار دارند و رشتههای عصبیشان را از طریق عصب بینایی به مغز میفرستند. مزیت سیستم بینایی این است که بخشهای مختلف این مسیر یعنی خود سلول، رشته عصبی و انتهای آن از نظر فیزیکی از هم جدا هستند؛ بنابراین وقتی ارتباط قطع میشود، میتوانیم هر بخش را جداگانه بررسی کنیم و ببینیم چه بلایی سر آن آمده است.
شما دریافتید که تقریباً نیمی از رشتههای عصبی RGCها بعد از آسیب از بین میروند. این میزان برایتان تعجبآور بود؟
نه، اصل این عدد برای ما چندان غافلگیرکننده نبود، چون قبلاً هم در همین مدل آزمایشگاهی نتایج مشابهی دیده بودیم. در مطالعات قبلی متوجه شده بودیم که حدود ۴۰ درصد از رشتههای عصبی عصب بینایی ارتباط خود را از دست میدهند و بهتدریج از بین میروند. همچنین حدود ۲۰ درصد از خود سلولهای گانگلیونی شبکیه هم از دست میروند. اما این بار یک سؤال دیگر داشتیم: در انتهای این رشتههای عصبی چه اتفاقی میافتد؟
برای پاسخ، آکسونهای عصب بینایی را مستقیماً شمردیم. برای بررسی انتهای آنها هم از یک ماده ردیاب استفاده کردیم که با تزریق به چشم، مسیر سلولهای عصبی را مشخص میکند. بعد بررسی کردیم که این پایانهها با چه تراکمی به نواحی هدف مغز رسیدهاند. هر دو روش تقریباً یک نتیجه داشتند و در هفته اول حدود ۵۰ درصد این ارتباطات از بین رفته بود. این میزان آسیب واقعاً زیاد است. اما نکته جالب مطالعه از همینجا شروع میشود؛ چون با وجود چنین خسارت بزرگی، بعداً دیدیم که سیستم عصبی میتواند بخش قابلتوجهی از این ارتباطات را دوباره برقرار کند.
پس اگر این تعداد از رشتههای عصبی از بین رفتهاند، چطور پایانههای عصبی دوباره برمیگردند؟
نکته جالب اینجاست که سلولهای آسیبدیده دوباره رشد نمیکنند. ما میدانیم که آکسونهای عصب بینایی بعد از این نوع آسیب نمیتوانند مسیر ازدسترفتهشان را دوباره طی کنند. پس اتفاق دیگری باید بیفتد؛ و همین اتفاق میافتد. سلولهایی که سالم ماندهاند، کار بیشتری به عهده میگیرند. آنها شاخههای جدیدی میسازند و وارد بخشهایی میشوند که قبلاً تحت پوشش سلولهای ازدسترفته بودند.
بنابراین، بهتر است این اتفاق را مثل بازسازی یک جاده خرابشده تصور نکنیم. بیشتر شبیه این است که وقتی چند مسیر اصلی از بین میروند، مسیرهای باقیمانده خودشان را گسترش میدهند تا بخشی از ترافیک ازدسترفته را پوشش دهند. در واقع، سیستم عصبی با استفاده از سلولهای باقیمانده، بخشی از جای خالی سلولهایی را که از دست داده است پر میکند.
شما به این اتفاق «جوانهزنی جانبی» میگویید. دقیقاً یعنی چه و چه فرقی با بازسازی واقعی دارد؟
بازسازی واقعی یعنی یک رشته عصبی که قطع شده، دوباره از همان نقطه شروع به رشد کند و مسیرش را تا مقصد قبلی ادامه دهد. در مغز و نخاع پستانداران بالغ، این اتفاق تقریباً رخ نمیدهد؛ اما در جوانهزنی جانبی، داستان متفاوت است.
اینجا رشتههایی که آسیب ندیدهاند، شاخههای جدیدی ایجاد میکنند و به سمت سلولهایی میروند که ارتباط خود را از دست دادهاند. یک تفاوت مهم دیگر هم وجود دارد. اگر این شاخههای جدید از همان نوع سلولهایی بیایند که از بین رفتهاند، به آن جوانهزنی همنوع میگوییم. مثلاً اگر تعدادی از سلولهای گانگلیونی شبکیه از بین بروند و سلولهای گانگلیونی باقیمانده شاخههای جدیدی بسازند تا جای آنها را بگیرند، این یک نمونه از جوانهزنی همنوع است. در مقابل، اگر یک مسیر عصبی کاملاً متفاوت وارد این منطقه شود و ارتباط جدیدی ایجاد کند، به آن جوانهزنی غیرهمنوع میگوییم.
نوع دوم بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است. اما جوانهزنی همنوع از نظر ترمیم واقعی مدارهای عصبی شاید اهمیت بیشتری داشته باشد، چون در این حالت همان نوع ارتباطی که از بین رفته، دوباره ساخته میشود.
آیا این بازسازی فقط روی کاغذ دیده میشود، یا واقعاً باعث بهتر شدن عملکرد بینایی هم میشود؟
این یکی از مهمترین سؤالهای ما بود. چون ممکن است از نظر ظاهری ببینیم که ارتباطات عصبی دوباره شکل گرفتهاند، اما این ارتباطات لزوماً کار نمیکنند. برای همین عملکرد را از چند زاویه بررسی کردیم.
اول پرسیدیم: آیا این پایانههای جدید واقعاً سیناپس ساختهاند؟
سیناپس همان نقطهای است که یک سلول عصبی پیامش را به سلول بعدی منتقل میکند. برای بررسی این موضوع از یک ردیاب استفاده کردیم که میتواند از سیناپس عبور کند. وقتی این علامت دوباره ظاهر شد، متوجه شدیم که ارتباطات جدید واقعاً شکل گرفتهاند. این اتفاق تقریباً همزمان با بازسازی ساختاری رخ داد.
اما سؤال مهمتر این بود: آیا این ارتباطات جدید واقعاً فعال هستند؟ برای این کار حیوانات را در معرض نور قرار دادیم و بعد به دنبال پروتئینی به نام c-Fos گشتیم. این پروتئین زمانی در سلولهای عصبی فعال میشود که آنها مشغول فعالیت باشند. نتیجه نشان داد که ارتباطات جدید فقط ظاهری نیستند؛ مدار عصبی واقعاً دوباره شروع به فعالیت کرده است.
بعد سراغ سؤال نهایی رفتیم: آیا این ترمیم واقعاً به بهتر شدن بینایی منجر میشود؟
برای این کار از روشی به نام «پتانسیل برانگیخته بینایی» استفاده کردیم. به زبان ساده، در این روش پاسخ الکتریکی بخش بینایی مغز را هنگام دیدن یک تصویر اندازه میگیریم. با کمکردن تدریجی کنتراست تصویر، میتوانیم بفهمیم مغز حیوان تا چه حد قادر است یک تصویر کمرنگ را تشخیص دهد. این معیار خوبی برای سنجش حساسیت بینایی است.
اینجا یک نکته جالب دیدیم که ترمیم ساختاری و ترمیم عملکردی دقیقاً با یک سرعت پیش نمیرفتند. اتصال دوباره نسبتاً سریع اتفاق افتاد، اما بعضی از نورونهایی که بیشترین نقش را در انتقال پیامهای بینایی دارند، دیرتر به حالت عادی برگشتند. اختلال در پاسخهای بینایی مغز هم بیشتر از خود آسیب ساختاری باقی ماند. پس به نظر میرسد وصلکردن دوباره «سیمها» کافی نیست. مغز باید بعد از آن یاد بگیرد که از این ارتباطات جدید به بهترین شکل استفاده کند.
آیا یافتههای شما این که آسیب مغزی مرکزی همیشه دائمی و برگشتناپذیر است را زیر سؤال میبرد؟
تا حدی، اما من نمیگویم این دیدگاه را کاملاً رد میکنند. از یک طرف، مطالعه ما نشان میدهد که مغز میتواند بعد از یک آسیب گسترده، خودش بخش قابلتوجهی از ارتباطات ازدسترفته را دوباره ایجاد کند و مهمتر اینکه این بازسازی فقط در تصاویر میکروسکوپی دیده نمیشود؛ با نوعی بهبود عملکردی هم همراه است. به نظرم این توانایی طبیعی مغز برای ترمیم، بیشتر از چیزی که تصور میکردیم اهمیت دارد. اما از طرف دیگر، نباید تصور کنیم که مغز دقیقاً همان مدار قبلی را دوباره میسازد.
ما در این مطالعه نتوانستیم تکتک شاخههای جدید را دنبال کنیم و ببینیم آیا دقیقاً به همان مقصدهای قبلی وصل شدهاند یا نه؛ بنابراین هنوز نمیتوانیم بگوییم مغز یک نسخه دقیق از مدار اولیه ساخته است. چیزی که میبینیم بیشتر یک ترمیم ناقص و نامنظم است؛ مغز تا حدی خودش را دوباره سازماندهی میکند، اما هنوز نمیدانیم دقیقاً چه عواملی تعیین میکنند این ترمیم چقدر موفق باشد.
این یافتهها در آینده چه کمکی به درمان بیماران مبتلا به آسیب مغزی تروماتیک میکنند؟
به نظر من مهمترین پیام این است که خودِ جوانهزنی جانبی میتواند به یک هدف درمانی تبدیل شود. اگر سلولهای عصبی سالمی که از آسیب جان سالم به در بردهاند، از قبل توانایی ایجاد ارتباطات جدید را داشته باشند، شاید بتوانیم درمانهایی طراحی کنیم که این توانایی را تقویت کنند یا به شکل دقیقتری هدایتش کنند.
اما یک نکته مهم دیگر هم وجود دارد؛ ما دیدیم که بازگشت ساختار لزوماً به معنای بازگشت کامل عملکرد نیست. ممکن است ارتباطات عصبی دوباره برقرار شوند، اما مغز هنوز نتواند از آنها به بهترین شکل استفاده کند. بنابراین، در آینده شاید کافی نباشد که فقط به دنبال بازسازی اتصالات باشیم؛ باید ببینیم چطور میتوانیم به مغز کمک کنیم این اتصالات جدید را تنظیم و تقویت کند تا در نهایت به بهبود واقعی عملکرد منجر شوند.
تفاوتی که بین موشهای نر و ماده دیدیم هم از نظر درمانی مهم است. اگر روند بهبودی در دو جنس متفاوت باشد، نمیتوان انتظار داشت که یک درمان دقیقاً در یک زمان و به یک شکل برای همه نتیجه یکسانی داشته باشد؛ بنابراین در طراحی درمانها و کارآزماییهای بالینی، تفاوتهای جنسی و زمان مناسب مداخله باید جدی گرفته شود.
البته یک نکته را نباید فراموش کنیم: این مطالعه روی موش انجام شده است. بخش قابلتوجهی از شواهد ما درباره جوانهزنی هم غیرمستقیم است؛ بنابراین هنوز نمیتوانیم بگوییم این یافتهها حتماً در انسان هم به همین شکل اتفاق میافتند؛ اما چیزی که این مطالعه نشان میدهد، یک امکان بسیار جالب است: مغز شاید بعد از آسیب، ظرفیت بیشتری برای بازسازی ارتباطات خود داشته باشد که هنوز کاملاً از آن استفاده نکردهایم. اینکه چطور میتوان این ظرفیت را در انسان فعال و هدایت کرد، سؤال مهمی برای تحقیقات آینده است.
انتهای پیام/
