امید دانشمندان برای درک ذهن انسان از طریق نقشه کامل مغز موش

فرارو- یک روز در تابستان سال ۲۰۱۱ میلادی تاریخ علم برای همیشه تغییر کرد. در یک عمارت انگلیسی به نام چیچلی هال متخصصان مغز و متخصصان مطالعه ساختار‌ها (با قابلیت اندازه گیری میلیونیم میلی متر) گرد هم آمدند تا در مورد همکاری‌های احتمالی صحبت کنند. "رافائل یوست" عصب شناس اسپانیایی از جایش برخاست و پیشنهاد کرد که تمام نورون‌های مغز را یک به یک مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند.

به گزارش فرارو به نقل از ال پائیس، او اعلام کرد که این کار همانند تلاش برای تماشای تلویزیون با نگاه کردن به یک پیکسل است. این ایده بی‌نظیر به نظر می‌رسید، اما در نهایت به طرح ابتکار عمل مغز تبدیل شد پروژه‌ای که دولت ایالات متحده ۳ میلیارد دلار بودجه برای آن در نظر گرفت. آخرین نتایج این گروه کاری که چهارشنبه گذشته منتشر شد چشمگیر بود: اولین نقشه تقریبا کامل از مغز یک موش. در نتیجه، رویای تسخیر اندامی که مسئولیت تفکر انسان را بر عهده دارد بیش از هر زمان دیگری به تحقق یافتن نزدیک شده بود.

سانتیاگو رامون کاخال دانشمند اسپانیایی این کار را در سال ۱۸۸۸ میلادی آغاز کرد و تلاش نمود نقشه‌ای از مغز ایجاد کند. او به تنهایی و بیرون از خانه اش در بارسلون کار می‌کرد. او با اندام‌های طیور شروع کرد به این معنی که خانواده اش اغلب برای شام مرغ می‌خوردند! او سپس به سراغ موش ها، خرگوش‌ها و اجساد هنوز گرم کودکان که از موسسات مادرید جمع‌آوری شده بود رفت.

کاخال یک کوکتل شیمیایی را برای رنگ آمیزی بافت‌ها تکمیل کرد و به اولین محققی تبدیل شد که از طریق میکروسکوپ خود مشاهده کرد که سیستم عصبی از سلول‌های منفرد تشکیل شده است: نورون‌ها. او برای چندین دهه نورون‌ها را با دست ترسیم کرده و آن‌ها را براساس اشکال پیچیده شان طبقه بندی می‌کرد.

نتیجه پژوهش هفته جاری نشان می‌دهد که علم تا کجا پیش رفته است. کنسرسیومی متشکل از صد‌ها دانشمند از فناوری‌های پیشرفته برای تجزیه و تحلیل خودکار بیش از چهار میلیون سلول استفاده کرده اند و نشان می‌دهند که چه نوع سلولی هستند و برای اولین بار دقیقا در کجا قرار دارند. در نتیجه، این کامل‌ترین نقشه مغز از یک پستاندار محسوب می‌شود.

رافائل یوست این نتایج را که در ده‌ها مطالعه در مجله معتبر نیچر منتشر شده تماشایی می‌داند. این استاد زیست عصب شناسی در دانشگاه کلمبیا با اشاره به سنگ حکاکی شده‌ای که امکان رمزگشایی هیروگلیف‌های مصری را در قرن نوزدهم فراهم می‌کرد می‌گوید: "در اختیار داشتن فهرستی از همه نورون‌ها مانند داشتن سنگ روزتا از مغز است".

همه سلول‌های یک حیوان یک کتاب دستور العمل یکسان دارند: DNA همراه با دستورالعمل‌های ساخت آجر‌های زندگی: پروتئین‌ها. با این وجود، هزاران نوع بسیار متفاوت سلول از نورون‌های مغز گرفته تا گلبول‌های قرمز وجود دارند. توضیح مرتبط این است که هر سلول صفحات مختلفی از همان کتاب دستور غذا را می‌خواند.

شیائووی ژوانگ فیزیکدان چینی-آمریکایی از دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۱۵ فناوری جدیدی به نام MERFISH را اختراع کرد فناوری‌ای که می‌تواند موقعیت هر سلول را بیابد و بفهمد کدام صفحات DNA در آن‌ها خوانده می‌شود. این روش به عنوان "رونویسی فضایی" شناخته می‌شود. یوست می‌گوید که ژوانگ شایسته دریافت جایزه نوبل است. او می‌گوید: "او (ژوانگ) یکی از بهترین دانشمندان نسل ما است".

کنسرسیوم آمریکایی تحت رهبری "هونگ کوی زنگ" عصب شناس و شخص شیائووی ژوانگ بیش از ۵۳۰۰ نوع سلول را در مغز موش توصیف کرده اند اندامی که خود تنها به اندازه یک نخود است. وزن آن به ندرت نیم گرم است، اما حاوی حدود ۷۰ میلیون نورون است. با این وجود، آن پیچیدگی در برابر پیچیده‌ترین ساختار روی زمین کمرنگ به نظر می‌رسد: مغز انسان که دارای حدود ۸۶ میلیارد نورون است و تریلیون‌ها اتصال بین آن‌ها وجود دارد.

در ماه مارس گذشته آلبرت کاردونا زیست شناس اسپانیایی و مارتا زلاتیک همکار کروات اش به اولین نقشه یک مغز کامل دست یافتند. آن نقشه از لارو مگس میوه بود ساختاری با تنها ۳۰۱۶ نورون و ۵۴۸۰۰۰ اتصال بین آن‌ها که سیناپس نام دارد.

کاردونا از آزمایشگاه زیست شناسی مولکولی در کمبریج در بریتانیا می‌گوید: "کار بزرگی که نتیجه آن منتشر شده دیدنی است: نقشه تقریبا کاملی از مغز موش را نشان می‌دهد. اهمیت آن در این واقعیت نهفته است که موش حیوانی است که بیش‌ترین مطالعه بر روی آن انجام می‌شود و اغلب برای مدل سازی عملکرد مغز انسان و بیماری‌های آن استفاده می‌شود. از این پس تمام مطالعات بر روی موش‌ها و گونه‌های دیگر مانند میمون‌ها و ما انسان‌ها می‌تواند مبتنی بر این نقشه انجام شود".

با این وجود، هونگ کوی زنگ عصب شناس اذعان می‌کند که در این مسیر مشکلاتی وجود دارد. او که مدیر موسسه آلن برای علوم مغز در سیاتل در واشنگتن است می‌گوید: "ما در آینده نزدیک نقشه سیناپس به سیناپس از مغز انسان نخواهیم داشت. ما هنوز فناوری با دقت نانومتری نداریم که بتوان آن را با مقیاس اندازه مغز انسان تطبیق داد و مجموعه داده‌ها به قدری بزرگ خواهد بود که در حال حاضر تجزیه و تحلیل آن ناممکن است".

"امرسون پیو" فیزیکدان آمریکایی که در سال ۱۹۸۱ میلادی درگذشت این تناقض را در یک عبارت به بیان کرد: "اگر مغز انسان آن قدر ساده بود که ما می‌توانستیم آن را بفهمیم آن قدر ساده بودیم که نمی‌توانستیم."

با این وجود، زنگ چندان بدبین نیست. آن محقق می‌گوید:" من معتقدم که ما می‌توانیم بسیاری از جنبه‌های عملکرد مغز انسان مانند احساسات، حرکت، حالات مختلف احساسی و درجات خاصی از هوش را درک کنیم. نتایج جدید را می‌توان در یک پایگاه داده عمومی اطلس سلول مغز آلن مشاهده کرد. کاربران می‌توانند انواع خاصی از سلول‌ها و مکان دقیق آن‌ها را جستجو کنند. نویسندگان استدلال می‌کنند که این سیل داده‌ها به روشن شدن بسیاری از اختلالات مانند اوتیسم، اسکیزوفرنی، مولتیپل اسکلروزیس، بی‌اشتهایی عصبی و اعتیاد به تنباکو کمک می‌کند.

سانتیاگو رامون کاخال در سال ۱۸۹۱ میلادی شروع به گنجاندن فلش‌های کوچک در نقاشی‌های نورون‌های خود کرد تا جهتی را که اطلاعات در آن حرکت می‌کند مشخص کند. کاخال فرض کرد که سلول‌های عصبی تکانه‌ها را از طریق شاخه‌هایی به نام دندریت دریافت می‌کنند و آن‌ها را از طریق یک رشته عصبی دراز به نام آکسون منتقل می‌کنند. او مواد اولیه تفکر بشر را کشف کرده بود. بعدا رافائل لورنته دونو شاگرد او این ایده را بیان کرد که مغز به صورت مجموعه نورون‌های سازماندهی شده است که از طریق مدار‌ها به هم مرتبط هستند.

نتایج منتشر شده در چهارشنبه گذشته شامل داده‌هایی است که یک قرن پیش غیرقابل تصور بود. نقشه مغز موش نشان می‌دهد کدام نورون‌ها امکان ارتباط با سایر نورون‌ها را دارند. به قول کاردونا این نتیجه نشان می‌دهد که "اطلاعات چگونه در مغز حرکت کرده و در مغز تغییر شکل می‌دهند".

"اسکار مارین" عصب شناس اسپانیایی مرکز اختلالات رشد عصبی در کینگر کالج لندن را مدیریت می‌کند. او نسبت به نتایج مطالعات اخیر خوش بین است. او می‌گوید:"ما هنوز نقشه کاملی از مغز نداریم، اما می‌بینیم که این احتمال نزدیک‌تر می‌شود و با گذشت زمان در انسان نیز به آن نقشه دست خواهیم یافت". در سال ۲۰۲۱ میلادی محققان ابتکار عمل مغز اولین پیش نویس اطلس سلول مغز موش را منتشر کردند. در اکتبر سال جاری این کنسرسیوم اولین نتایج این تکنیک‌ها را با مغز انسان گزارش کرد.

مارین عضو انجمن سلطنتی معتبر بریتانیا هشدار می‌دهد که یک اطلس کافی نخواهد بود. او می‌گوید: "حتی اگر به نقشه کاملی از انواع سلول‌های مغز دست یابیم همیشه بین افراد یک گونه تفاوت وجود خواهد داشت. من معتقدم که این تفاوت‌های بین فردی بخش مهمی از زیست شناسی هستند اگرچه فکر می‌کنم با همان روش‌هایی که در پژوهش اخیر منتشر شده توضیح داده شد".