برای انجام هرکاری، از نواختن پیانو گرفته تا رقص، مغز باید رشته‌ای از حرکات گسسته و جزئی را انتخاب کرده و به هم مرتبط کند تا در نهایت ترتیبی پیوسته و دقیق از آن‌ها اجرا شود. این که چگونه مغز چنین شاهکاری را به ثمر می‌رساند، تاکنون معمایی پیچیده بوده است؛ اما مطالعه‌ای که اخیراً به سرپرستی دانشمندان دانشکده‌ی پزشکی هاروارد بر روی موش‌ها صورت گرفته، ایجاد دیدگاهی تازه بر این فرآیند را به دنبال داشته است.
نتایج این مطالعه که در تاریخ ۱۷ می سال جاری به صورت آنلاین در ژورنال Cell منتشر گردید، نشان می‌دهند کنترل حرکتی توسط مغز بازتاب برقراری تعادل میان فعالیت دو جمعیت سلولی از نورون‌ها است. این دو جمعیت در ناحیه‌ای از مغز تحت عنوان استریاتوم (جسم مخطط)، مرکز ایجاد هماهنگی حرکتی و عملکردی، واقع هستند. این یافته‌ها می‌توانند در درک بیماری‌هایی هم‌چون پارکینسون و هانتینگتون که بر حرکات تأثیر می‌گذارند، به محققان کمک کرده و در نهایت به توسعه‌ی درمان‌های جدید برای آن‌ها منجر شوند.
ما باور داریم مشاهدات‌مان گامی رو به جلو در دو زمینه محسوب می‌شوند: این که چگونه حرکات به عمل دلخواه تبدیل می‌شوند و هم‌چنین درک چگونگی ونهایتاً درمان اختلالات نورودژنراتیو که متعاقب اختلال در فرآیند مذکور بروز می‌کنند.
Sandeep Robert Datta، نویسنده‌ی مطالعه و دانشیار نوروبیولوژی در دانشکده‌ی پزشکی هاروارد
مقاله‌ی مرتبط: تصور یا انجام واقعی عمل توسط مکانیسم مغزی یکسانی کنترل می‌شوند
دانشمندان از مدت‌ها پیش می‌دانسته‌اند استریاتوم، ناحیه‌ای حلزونی واقع در مغز پیشانی، جزئی ضروری از سیستم حرکتی است. استریاتوم در واقع شامل نورون‌هایی است که در هردو بیماری پارکینسون و هانتینگتون تحلیل می‌روند. در مطالعه‌ی اخیر، دو جمعیت سلولی در استریاتوم شناسایی شده که جنبه‌های کلیدی حرکت را کنترل می‌کنند: نورون‌های خارداری که در مسیرهای به اصطلاح مستقیم و غیرمستقیم سازماندهی شده‌اند.
البته هنوز تعامل دقیق این دو مسیر جهت تنظیم و هدایت حرکات مشخص نیست. برخی شواهد مبنی بر آنند مسیر مستقیم گزینش و شروع بیان حرکات را بر عهده داشته و مسیر غیرمستقیم از حرکات ناخواسته ممانعت می‌کند. اگرچه، سایر مطالعات اذعان دارند هر دو مسیر اغلب در آن واحد فعال می‌شوند.
این نتایج براساس آن‌چه تاکنون در مورد عملکرد هر مسیر فکر می‌کردیم، توجیه نشد.
Jeffrey Markowitz، نویسنده‌ی ارشد و پسادکترا از دپارتمان نوروبیولوژی
تیم تحقیقاتی برای تعریف بهتر دینامیک دو مسیر، از تکنولوژی آزمایشگاه Datta تحت عنوان MoSeq (کوتاه‌شده‌ی عبارت motion sequencing به معنای تعیین توالی حرکات) استفاده کرد. این سیستم از حرکات سه‌بعدی حیوانات فیلم گرفته و به دقت حرکات را به الگوهای پایه‌ای که هر یک تنها مختص چند صدم میلی‌ثانیه هستند، تجزیه می‌کند. محققان این حرکات فراسریع را سیلاب “syllable” عنوان کردند.
محققان در همکاری با متخصصان تصویربرداری عصبی آزمایشگاه Bernardo Sabatini، نورون‌های مسیرهای مستقیم و غیرمستقیم را به صورت ژنتیکی طوری تغییر دادند که حین فعالیت، به رنگ‌های مختلف بدرخشند. ترکیب تصویربرداری عصبی، مهندسی ژنتیک و MoSeq به دانشمندان امکان داد فعالیت عصبی هر دو مسیر را هم‌زمان در موش حین اجرای حرکات مورد مشاهده و ارزیابی قرار دهند. محققان در تأیید مطالعات قبلی متوجه شدند هر بار موش رفتار خود را تغییر می‌دهد، به عنوان مثال تغییر از حالت دویدن به توقف، فعالیت هر دو مسیر افزایش می‌یابد.
با بررسی سیلاب‌های شناسایی‌شده توسط MoSeq، مشاهده شد تعادل میان فعالیت دو مسیر دارای تفاوت‌هایی است. در برخی سیلاب‌ها، مسیر مستقیم و در برخی، مسیر غیرمستقیم غالب است. طوری که حتی در مورد سیلاب‌های بسیار مشابه، برای نمونه دو نوع مختلف فشار دادن یا گرداندن توپ، دو مسیر را می‌توان از یک‌دیگر تمییز داد. در واقع، هر سیلاب تعادل مخصوصی را میان دو مسیر موجب می‌شود. ارتباط میان فعالیت عصبی و سیلاب‌ها به قدری قابل تشخیص بود که محققان می‌توانستند به‌خوبی سیلاب‌های خاص بیان‌شده را تنها از روی فعالیت مسیرها، شناسایی کنند. به عبارتی، نسبت فعالیت دو مسیر تا حدی ثابت بود که محققان قادر به چنین کاری شدند. آن‌ها هم‌چنین با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری توانستند دسته‌هایی از نورون‌ها را که حین سیلاب‌های مخصوص، الگوی فعالیت منظم و قابل پیش‌بینی از خود نشان می‌دادند، مشاهده کنند.
مقاله‌ی مرتبط:حالت خودکار مغز چگونه عمل می‌کند؟
در سری نهایی آزمایش‌ها، دانشمندان در صدد درک اتفاقی بودند که با ایجاد اختلال در این مسیرها می‌افتاد. برای این منظور، آن‌ها به استریاتوم چند موش آسیب وارد کردند. پس از یک هفته بهبودی، موش‌ها را در فضایی مشابه میدان نبرد قرار دادند. در این فضا، بوی روباه از یک سمت به مشام می‌رسید. با توجه به غریزه‌ی ذاتی موش جهت فرار از شکارچی، موش دارای استریاتوم سالم بلافاصله به سمت دیگر میدان حرکت کرد. موش‌های آسیب‌دیده نیز قادر به نمایش تک به تک سیلاب‌هایی بودند که در موش نرمال مشاهده می‌شد. مانند: بو کشیدن، دویدن، بلند کردن پا و چرخیدن؛ اما مغزشان تا حدودی در ترتیب‌بندی صحیح حرکات که رسیدن جانور به سمت مخالف میدان را در پی داشت، شکست خورد.
این یافته بر اهمیت ترتیب حرکات برای دستیابی به نتیجه‌ی مطلوب، تأکید دارد. حتی در صورتی که فرد بتواند بدن را به درستی حرکت دهد، اگر ترتیب حرکات صحیح نباشد، حتی انجام ساده‌ترین کارها نیز مشکل خواهد بود.
اگر صحت این مشاهدات در مطالعات آینده تأیید شود، یافته‌ها را می‌توان در جهت توسعه‌ی درمان‌های جدید برای بیماری‌های پارکینسون و هانتینگتون به کار بست. بیماری‌هایی که در آن‌ها، حتی اجرای حرکات اساسی نیز با پیشرفت بیماری بسیار دشوار می‌شود.
در حال حاضر، بیماری پارکینسون با تجویز فرمی از نوروترنسمیتر دوپامین درمان می‌شود. دوپامین هر دو مسیر مستقیم و غیرمستقیم را تحریک می‌کند. اگرچه کارآیی درمان به مرور زمان کاهش می‌یابد. در حال حاضر درمان مؤثری برای هانتینگتون وجود ندارد.
امیدواریم کارهای بعدی که بر مبنای این یافته‌ها صورت خواهند گرفت، مشخص کنند در اختلالات نورودژنراتیو که قابلیت مغز جهت ساماندهی خود حرکات و توالی‌شان کاهش می‌یابد، دقیقاً چه اتفاقاتی در این سلول‌ها می‌افتد.
