یک تصویر آنی از فعالیتِ مداری مغز، اینکه چگونه تغییر دادن چیزی که موش می‌بیند، آسان است را نشان می‌دهد.
دانشمندان دانشگاه استنفورد، توهمهای بینایی را در موش با فعال کردن تعدادی از سلولهای مغزی با سیگنالهای نوری، ایجاد کردند. محققان می‌بایستی فقط نورونها را تحریک کنند تا موش را وادار به رفتاری سازند که از ادراک چیزی حاصل می‌شد که آنجا نبود. بدین معنی که مغز، انعطاف پذیرتر از چیزی است که تصور می‌شد.
کارل دیزروث، مولف ارشد مطالعه و استاد مهندسی زیستی، روانشناسی و علوم رفتاری در استنفورد می‌گوید سلولهای بسیار اندکی در ایجاد تصویر بینایی در مغز موش دخیل بودند که باعث پدید آمدن این پرسش گردید: چرا ما، همواره به توهم نمی‌پردازیم؟
دیزروث اذعان دارد: “اینکه چگونه مغز سالم از چنین توهمهای می‌گریزد، هنوز مشخص نیست، ولی بعنوان یک روانشناس، این مورد من را وادار به تفکر در مورد تمامی اختلالاتی می‌سازد که در آنها، ما فعالیت خودبخودی، ناخواسته و نامناسبی داریم؛ مانند اسکیزوفرنی و دیگر وضعیتها. ما علاقه زیادی به کسب اطلاعات عمیق‌تر در این رابطه داریم.”
در این مطالعه که در نشریه Science منتشر شده‌است، دیزروث و همکارانش، ادراک یک موش را در زمان ثبت همزمان فعالیت مغزی آن، کنترل کردند. و سپس از اطلاعات ثبت شده بمنظور تحریک همان نورونها برای ایجاد یک “توهم” استفاده کردند. مشل هازر می‌گوید این مطالعه جدید، محققان را در “فهم چگونگی یاری مدارهای قشر مغز ما در درک دنیای اطرافمان” یاری خواهد کرد. هازر، یکی از اساتید کالج لندن است که در این مطالعه شرکت نداشت.
در این آزمایش، موش به یک محرک بینایی ساده، خطوط سیاه افقی یا عمودی در یک زمینه سفید، نگاه می‌کرد. محققان به موشها آموخته بودند تا در زمان مشاهده خطوط عمودی، یک لوله را برای دسترسی به اب، بمکند. فعالیت عصبی در قشر بینایی موشها ثبت شد، و سپس مناطق مشابه با بهره گیری از تکنیکی تحت عنوان اپتوژنتیک، تحریک گردید. این تحریک، باعث درک چیزی می‌شد که در آنجا حضور نداشت. فعالیت حاصل، حتی در نورونهایی که مستقیما تحریک نشده بودند، مشابه زمانی بود که تصویر واقعی بر روی نمایشگر نشان داده می‌شد.
در یک مقطع، محققان رفته رفته کنتراست تصویر را تا زمانیکه تشخیص عمودی یا افقی بودن آن برای موش دشوار بود، کاهش دادند. ولی در عوض، زمانیکه نورونهایی که در پاسخ به خطوط عمودی فعال شده بودند، با اپتوژنتیک تحریک شدند، موشها قادر به تشخیص صحیح تصویر مبهم خطوط عمودی بودند.
هازر می‌گوید مطالعه دیزروث، ابزارهای جدیدی را ایجاد کرد که برای تلاش بمنظور فهم چگونگی ظهور اطلاعات و ذخیره آنها در مدارهای مغزی، مفید خواهند بود. “اگر بتوانیم این ابزارها را در بررسی کدگذاری عصبیِ ادراک استفاده کنیم، آن موقع می‌توانیم احساس را بصورت دقیق تحریک کنیم. اگر قادر به این مورد باشیم، می‌توانیم تجهیزات صناعی تهیه کنیم. می‌توانیم بصورت پایه‌ای، مغز را در ادراک دنیای پیرامون، یاری کنیم.”
طی چندین سال اخیر، تکنولوژی اپتوژنتیک که دیزروث پیشگام آن است، محققان را قادر ساخته است تا انواع مختلفی از نورونها را با مهندسی ژنتیکی آنها بمنظور فعالیت یا عدم فعالیت در زمان تحریک توسط نور، کنترل کنند. دیروث و همکارانش در سال ۲۰۱۲ نشان دادند آنها می‌توانند یک نورون مغز موش را فعال سازند. سپس آنها با تحریک متوالی نورونها، کنترل یک گروه از سلولها را بدست گرفتند.
در مقاله اخیر، دیزروث و همکارانش، یک مسیر جدید برای کنترل فعالیت سلول مغزی ارائه کردند. آنها انواع پروتئینهای طبیعی را بررسی کرده و یکی از آنها را که بجای تداخل، با پروتئین معمول اپتوژنتیکی همکاری می‌کرد، شناسایی کردند. این دو پروتئین می‌توانند بصورت همزمان فعالیت کنند. این دستاورد به محققان این اجازه را داد تا تحریک نورونها و تصویربرداری از آنها را بصورت همزمان انجام دهند.
بیشتر بخوانید: https://virtualdr.ir/2018/08/10/an-introduction-to-optogenetics/
گروه تحقیق همچنین نشان داد می‌تواند از این رویکرد بمنظور کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با نحوه ادراک اطلاعات حسی توسط مغز، بهره جوید. ریگانکا سور، استاد علوم اعصاب در انستیتو تکنولوژی ماساچوست که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: “بمنظور فهم، و تاثیر گذاری بر یا بازیابی، ادراک، تنظیم فعالیت تعدادی از نورونها کافی خواهد بود. و این، یک مفهوم عمیق است.”
هازر خاطر نشان می‌سازد این مورد که آیا ظرفیتهای حسی مغز انسان، از جمله بویایی، شنوایی و لامسه، بطرز مشابهی فعالیت می‌کنند، آشکار نیست. “شاید زمانی مشخص شود که قشر شنوایی بسیار متفاوت است. ما هنوز چیزی نمی‌دانیم.”
ولی دیزروث بر این باور است او سرنخ‌هایی مبنی بر اینکه عملکرد مغز انسان مشابه مغز موش است، بدست آورده است. او زمانی بیماری با یک بیماری مغزی تحت عنوان سندرم چارز بونِت داشت. این سندرم می‌تواند زمانیکه فردی در بزرگسالی نابینا می‌شود، پدید آید که به توهمهای بینایی خودبخودی و دقیق منجر می‌شود. دیزروث می‌گوید داروهای ضد سایکوز معمولا در این بیماران چاره‌ساز نیستند؛ ولی یک داروی ضد صرع که فعالیت سلولهای مغزی مشخصی را باعث می‌شود، تفاوتی در این بیمار ایجاد کرد. این مشاهده با چیزی که وی در مغز موش دید، یعنی تحریک فعالیت برخی سلولها باعث ایجاد توهم می‌شود، همخوانی دارد.
دیزروث در حال برنامه ریزی بمنظور بررسی جنبه‌های دیگر سلولهایی موشی است که تحریک کرده‌است؛ از جمله پروتئینهایی که تولید می‌کنند و نحوه اتصال سلولها به یکدیگر، بمنظور دست یابی به مسیر سیگنالینگ و یافتن پاسخ این پرسش که چگونه پیام در مغز حرکت می‌کند. تمامی این اهداف، یک تصویر با جزئیات بیشتر در مورد مغز پستانداران در اختیار ما قرار می‌دهد.
