درک ارتباطات مغزی با استفاده از تصویربرداری تک مولکولی

دانشمندان در دانشگاه مریلند با استفاده از فناوری به نام تصویربرداری تک مولکولی اقدام به کاوش در ساختار و معماری سیناپس‌ها (محل اتصال بین دو نورون) کرده و به یافته‌های جدیدی در خصوص نحوه‌ی ارتباط نورون‌های مغزی با یکدیگر دست یافتند. این کشف می‌تواند به فهم بهتر بیماری‌های مغزی بیانجامد و در نهایت می‌تواند امید برای یافتن درمان‌های جدید را بیشتر کند.

نورون‌ها برای ارتباط با یکدیگر به فرایند محیطی پیچیده‌ای وابسته‌اند که در طی آن مولکول‌های بسیار کوچکی به نام انتقال دهنده‌های نورونی از یکی از نورون‌ها آزاد می‌شوند و سپس با رسیدن به نورون بعدی این مولکول‌ها پتانسیل عمل (شلیک الکتروشیمیایی نورون) را در این نورون به راه می‌اندازند. سیناپس‌ها هم در این بین نقش کمک راننده را به عهده دارند به بیان دیگر این سیناپس‌ها هستند که مسئولیت راهنمای عوامل انتقال دهنده‌ی نورونی را بر عهده دارند.

اگرچه دانشمندان با اصول این فرایند آشنا بوده‌اند ولی جزییات این فرایند همواره یکی از رازهای پنهان عرصه‌ی علم عصب شناسی بوده است. مشکل در اینجاست که این فرایند بسیار پیچیده است و تمامی اتفاقات آن در مقیاس بسیار کوچکی اتفاق می‌افتد در نتیجه تصویربرداری و فهم درست آن با مشکلات بسیاری روبه رو بوده است. بهره گیری از روش تصویربرداری تک مولکولی راه حلی بوده که توانسته وضوح تصویربرداری کافی را برای دیدن حرکات مولکول‌های پروتئینی بسیار کوچک و سیناپس‌ها فراهم آورد.

آن‌ها در این آزمایش از نورون‌های بخش هیپوکامپ مغز یک موش که در محیط آزمایشگاه رشد داده شده بودند بهره بردند، این بخش از مغز  یکی از مهم ترین بخش‌های درگیر در فرایند یادگیری و ساخت حافظه به شمار می‌آید. آنچه که آن‌ها را شگفت زده کرد، معماری ویژه‌ای بود که در محل سیناپس‌ها به کار گرفته شده بود، پروتئین‌های ویژه‌ی آزادسازی انتقال دهنده‌های عصبی در محلی درست مقابل گیرنده‌های خود قرار گرفته بودند به صورتی که گویا نانوستونی برای ایجاد ارتباطات شکل گرفته بود. این نانوستون‌ها کمک می‌کنند تا فرایند انتقال پیام عصبی به شکلی بهینه صورت پذیرد ولی اینکه آن‌ها چگونه شکل می‌گیرند نیاز به مطالعات بیشتری دارد.

فهم این معماری می‌تواند به درک بهتر نحوه‌ی عملکرد مغز و صورت پذیرفتن ارتباطات بین سلول‌های عصبی بیانجامد، یافته‌ای که خود در درک مشکلات اصلی پدید آمده ناشی از بیماری‌های مغزی همچون اسکیزوفرنی، افسردگی و آلزایمر موثر خواهد بود و ممکن است به یافتن روش‌های بهتری برای درمان یا پیشگیری بیانجامد. هم اکنون برخی از پژوهشگران معتقدند که این بیماری‌ها به نوعی از ضعف در سیناپس‌های ارتباطی بین سلول‌های عصبی ناشی می‌شوند و به بیان دیگر پروتئین‌های مسئول ایجاد چسبندگی سیناپسی را مسئول عدم شکل‌گیری نانوستون‌های ارتباطی و نتیجتا اختلال در ارتباط موثر می‌دانند.

در صورتی که این حدس درست باشد، یا عامل دیگری مربوط به ساختار سیناپس‌ها مسئول ایجاد این اختلالات مغزی باشد، آن گاه دانشمندان می‌توانند پژوهش‌های خود را در جهت کاهش یا بهبود این اختلالات سوق دهند تا درمان موثری برای این بیماری‌ها یافت شود. البته حتی اگر چنین اتفاقی نیز نیفتد، آنچه که بدون شک در این پژوهش مفید خواهد بود، درک بهتر ما از نحوه‌ی کارکرد مغز و برخی از بیماری‌ها خواهد بود.

جزییات این پژوهش در نشریه‌ی علمی Nature به چاپ رسیده است.