مغز اگر ارتباطی نباشد چیزی نیست. نورون ها جعبه های پچ پچ این اندام مکالمه هستند و با تبادل پالس های الکتریسیته با استفاده از پیام رسان های شیمیایی به نام انتقال دهنده های عصبی با یکدیگر صحبت می کنند. با تکرار این فرآیند میلیاردها بار در ثانیه، مغز مجموعه‌ای از مواد شیمیایی را به اعمال، خاطرات و افکار هماهنگ تبدیل می‌کند.

محققان نحوه عملکرد مغز را با استراق سمع آن مکالمه شیمیایی مطالعه می کنند. اما نورون‌ها آنقدر بلند و اغلب صحبت می‌کنند که اگر صداهای آرام‌تر دیگری هم وجود داشته باشد، شنیدن آن‌ها دشوار است.

در بیشتر قرن بیستم، عصب‌شناسان تا حد زیادی موافق بودند که نورون‌ها تنها سلول‌های مغزی هستند که سیگنال‌های الکتریکی را منتشر می‌کنند. تصور می‌شد که تمام سلول‌های مغزی دیگر، به نام گلیا، نقش‌های حمایتی را ایفا می‌کنند. سپس، در سال 20، یک پدیده عجیب ظاهر شد: محققان مشاهده یک آستروسیت، یک زیرگروه از سلول های گلیال، که به گلوتامات، انتقال دهنده عصبی اصلی که فعالیت الکتریکی ایجاد می کند، پاسخ می دهد.

در دهه‌های پس از آن، تیم‌های تحقیقاتی شواهد متناقضی به دست آورده‌اند، برخی گزارش می‌دهند که آستروسیت‌ها سیگنال می‌دهند، و برخی دیگر پاسخ می‌دهند که قطعاً چنین نیست. این اختلاف در کنفرانس ها و در داخل رخ داد این فایل نقد می نویسید: بعد از این فایل نقد می نویسید: از شواهد دو طرف آشتی ناپذیر به نظر می رسیدند.

مقاله جدید منتشر شده در طبیعت در ماه سپتامبر بهترین مدرکی را ارائه می‌کند که آستروسیت‌ها می‌توانند سیگنال دهند، که طی هشت سال توسط تیمی به سرپرستی آندریا ولترا جمع‌آوری شد، که از اعضای هیئت علمی مرکز مهندسی زیستی و عصبی Wyss در ژنو، سوئیس بازدید کردند. این مطالعه شامل دو مدرک کلیدی است: تصاویری از گلوتامات که از آستروسیت‌ها سرازیر می‌شود، و داده‌های ژنتیکی که نشان می‌دهد این سلول‌ها، که آستروسیت‌های گلوتاماترژیک نامیده می‌شوند، دارای ماشین سلولی برای استفاده از گلوتامات به روش نورون‌ها هستند.

این مقاله همچنین به توضیح دهه‌ها یافته‌های متناقض کمک می‌کند. از آنجایی که فقط برخی از آستروسیت ها می توانند این سیگنال دهی را انجام دهند، هر دو طرف بحث به یک معنا درست است: نتایج یک محقق بستگی به این دارد که از کدام آستروسیت نمونه برداری کرده است.

کریستوفر دولا، پروفسور علوم اعصاب در دانشگاه تافتس که سیگنال‌دهی اختروسیتی را مطالعه می‌کند و در کار جدید دخالتی نداشت، می‌گوید: «این مطالعه بسیار جالب است، زیرا توضیحی برای اینکه چرا هر دوی این داده‌ها وجود داشتند و متناقض بودند، ارائه می‌دهد. "من تمایل دارم آن را بخرم."

این کشف این امکان را فراهم می کند که برخی از آستروسیت ها بخش مهمی از مدار مغز را تشکیل دهند. ولترا گفت: "بیشتر و بیشتر به این ایده می رسیم که همه انواع سلول ها در عملکرد مغز مشارکت دارند." "این بسیار یکپارچه تر از آن چیزی است که قبلا تصور می شد."

یک وب ارتباطی

نام فراگیر "گلیا" - از کلمه یونانی "چسب" - برای تمام سلول های مغزی که مانند آستروسیت ها نورون نیستند، دیدگاه اولیه دانشمندان را منتقل می کند که هدف اصلی آنها نگه داشتن نورون ها در کنار هم بود. با این حال، از اولین توصیف آستروسیت ها در سال 1865، محققان این را کشف کردند آنها می توانند خیلی بیشتر انجام دهند. برای یک چیز، آنها گیرنده های گلوتامات دارند که از آنها برای شناسایی و پاکسازی انتقال دهنده های عصبی اضافی در فضاهای اطراف نورون ها استفاده می کنند.

چیزی که کمتر مشخص شده است این است که آیا آنها می توانند از گلوتامات برای تولید سیگنال الکتریکی به تنهایی استفاده کنند یا خیر. در سال 1994 محققان آستروسیت های تحریک شده به نظر می رسد که نورون های اطراف با آماده شدن برای ارسال سیگنال پاسخ می دهند. و در سال 1997، ولترا و همکارانش برعکس را مشاهده کرد: آستروسیت های موش به تماس های نورون ها با امواج نوسانی مولکول سیگنال دهنده کلسیم پاسخ دادند. از سال 2000 تا 2012، محققان بیش از 100 مقاله را منتشر کردند که شواهدی را به نفع توانایی آستروسیت ها برای برقراری ارتباط از طریق سیناپس ها گزارش می کردند.

اما برخی دیگر از نحوه جمع آوری و تفسیر آن شواهد سوال کردند. برای مثال در سال 2014 محققان کشف این که یک مدل کلیدی موش ناقص بود، سؤالاتی را در مورد مطالعات قبلی که از آن موش ها استفاده می کردند، ایجاد کرد.

در همین حال، دیدگاه آستروسیت ها در حال تکامل بود و دانشمندان شروع به در نظر گرفتن آن ها در پردازش اطلاعات مغزی فعال می کردند. در حالی که نورون‌ها و دندریت‌های شاخه‌دار آن‌ها اغلب به‌عنوان درخت به تصویر کشیده می‌شوند، آستروسیت‌ها بیشتر شبیه یک قارچ هستند و تشک محکمی را تشکیل می‌دهند که مغز را می‌پوشاند و اطلاعات را در میان اجزای تشکیل‌دهنده آن به اشتراک می‌گذارد. به این ترتیب، به نظر می رسد آستروسیت ها یک شبکه هماهنگ را تشکیل می دهند که بر فعالیت عصبی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، در سال 2016، در حین انجام تحقیقات علوم اعصاب در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو، کیرا پوسکانزر کشف آستروسیت‌های موش می‌توانند با تنظیم گلوتامات، نورون‌های مجاور را وادار کنند تا وارد حالت خواب ریتمیک شوند.

پوسکانزر که اکنون در استارت آپ بیوتکنولوژی آرکادیا ساینس است، گفت: «این کمتر شبیه یک سلول است که کار خودش را انجام می دهد و بیشتر شبیه بخشی از یک تیم کامل از سلول ها است که با هم کار می کنند.

با این حال، بین پاک کردن گلوتامات و تولید سیگنال های واقعی تفاوت وجود دارد. ولترا معتقد بود که برخی از آستروسیت ها قادر به دومی هستند. اما برای اثبات آن، او به شواهدی نیاز داشت که آستروسیت‌ها می‌توانند سیگنال‌ها را ارسال کنند و ابزار مناسبی برای انجام این کار به روش‌های مرتبط و معنادار داشته باشند.

دسته جدیدی از سلول های مغزی

Volterra از یک رویکرد جدید برای مطالعه مغز استفاده کرد: توالی یابی RNA تک سلولی، که یک عکس فوری از مجموعه کامل ژن های فعال در سلول های منفرد در سراسر بافت می گیرد. او با بررسی هشت پایگاه داده از سلول‌های هیپوکامپ موش، XNUMX خوشه از آستروسیت‌ها را شناسایی کرد که بر اساس فعالیت ژنی آنها متمایز می‌شوند. آستروسیت‌ها در یکی و تنها یکی از خوشه‌ها، پروتئین‌هایی را رونویسی کردند که در ذخیره‌سازی، انتشار و انتقال انتقال‌دهنده‌های عصبی با استفاده از وزیکول‌ها، که در نورون‌ها اتفاق می‌افتد، شناخته شده است. سلول ها به طور مساوی در سراسر ناحیه مغز یا حتی در مدارهای خاص توزیع نشده بودند.

ولترا و تیمش برای اینکه ببینند آیا افراد دارای این سلول‌ها هستند یا خیر، سه پایگاه داده سلول‌های هیپوکامپ انسان را برای یافتن همان پروتئین‌هایی که در آستروسیت‌های موش دیده بودند، جستجو کردند. امضاها در هر سه مجموعه داده ظاهر شدند.

با این حال، این داده های ژنتیکی همچنان شواهد غیرمستقیم بود. Volterra باید سیگنال را در عمل نشان دهد. او و تیمش یک سیگنال عصبی به آستروسیت‌ها را در برش‌هایی از مغز موش شبیه‌سازی کردند و از مولکول‌های آزاد شده توسط آستروسیت‌ها عکس گرفتند. برخی - اما نه همه - آستروسیت ها با گلوتامات پاسخ دادند. و زمانی که محققان از استفاده آستروسیت ها از وزیکول ها جلوگیری کردند، سلول ها دیگر نمی توانستند گلوتامات را آزاد کنند.

برای ولترا، شواهد واضح بود. «حق با ما بود. آستروسیت هایی وجود دارند که گلوتامات را آزاد می کنند. اما ما نیز در اشتباه بودیم، زیرا فکر می‌کردیم همه آستروسیت‌ها گلوتامات آزاد می‌کنند.»

دیمیتری روساکوف، استاد علوم اعصاب در دانشگاه کالج لندن که در این کار دخالتی نداشت، گفت: این یافته‌ها تقریباً به طور قطع درک کنونی از نحوه ارتباط مغز را تغییر می‌دهد. اما از چه نظر یک سوال باز است.

دانستن اینکه آستروسیت ها می توانند سیگنال دهند، تنها قدم اول است. این واقعیت پاسخ نمی دهد که سیناپس ها چگونه به گلوتامات آستروسیتی پاسخ می دهند. نمی‌گوید کدام عملکردها به سیگنال‌دهی آستروسیت‌ها به جای یا علاوه بر نورون‌ها نیاز دارند. دلیل اینکه چرا برخی از نواحی مغز آستروسیت های گلوتاماترژیک بیشتری نسبت به سایرین دارند، یا اینکه چرا یک زیرمجموعه از این عملکرد استفاده می کند در حالی که بقیه از آن استفاده نمی کنند، توضیح نمی دهد.

در عوض، مانند تمام اکتشافات جدید، سؤالات جدیدی را برای علم مطرح می کند تا به آنها پاسخ دهد.

روساکوف گفت: «ما مدارک قابل توجهی داریم. اکنون شما به یک نظریه نیاز دارید تا همه چیز را کنار هم بگذارد.

کوانتوم در حال انجام یک سری نظرسنجی برای ارائه خدمات بهتر به مخاطبانمان است. ما را بگیر نظرسنجی خواننده زیست شناسی و شما برای برنده شدن رایگان وارد خواهید شد کوانتوم کالا