باحثون يحددون آلية جديدة للمرونة العصبية مرتبطة بالتعلم والذاكرة

الخلايا العصبية مهمة، لكنها ليست العامل الوحيد في هذه العملية. في الواقع، يلعب "الغضروف" - وهو عبارة عن مجموعات من جزيئات المصفوفة خارج الخلية تُسمى كبريتات الكوندرويتين - دورًا رئيسيًا في قدرة الدماغ على اكتساب المعلومات وتخزينها.

تصف دراسة نُشرت في مجلة Cell Reports آليةً جديدةً لمرونة الدماغ، أو كيفية تغير الوصلات العصبية استجابةً للمنبهات الخارجية. عنوان البحث هو "التجمعات البؤرية للمصفوفة حول المشبك تُعزز اللدونة والذاكرة المعتمدة على النشاط لدى الفئران".

يعد هذا العمل نتيجة تعاون بين كلية الطب بجامعة هارفارد وجامعة ترينتو والمركز الألماني للأمراض العصبية التنكسية (DZNE) في ماغديبورغ.

تعتمد المهارات الحسية والقدرة على فهم محيطنا على نشاط الدماغ، الذي يُمكّننا من إدراك ومعالجة المحفزات من العالم الخارجي. ومن خلال دماغنا، نتمكن من اكتساب معلومات جديدة وتخزينها، بالإضافة إلى تذكر المعلومات التي تعلمناها سابقًا، كما يقول يوري بوزي وجابرييل تشيليني.

تتحقق هذه الظاهرة المذهلة بفضل قدرة الدماغ على تغيير بنية وفعالية الوصلات العصبية (المشابك) باستمرار استجابةً للمحفزات الخارجية. تُسمى هذه القدرة "اللدونة المشبكية". يُعد فهم كيفية حدوث التغيرات المشبكية ومساهمتها في التعلم والذاكرة أحد التحديات الرئيسية في علم الأعصاب.

يوري بوزي أستاذ في جامعة ترينتو ومؤلف مشارك في البحث. غابرييل تشيليني هو المؤلف الأول للدراسة. بدأ تشيليني العمل على هذا المشروع عام ٢٠١٧ كباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر سابينا بيريتا (مستشفى ماكلين وكلية الطب بجامعة هارفارد، بوسطن)، وأكمل النشر العلمي أثناء عمله كباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر بوزي بجامعة ترينتو.

وتتركز الدراسة حول كبريتات شوندروتن، وهي جزيئات معروفة بدورها في المفاصل وتلعب أيضًا وظيفة مهمة في مرونة الدماغ، كونها جزءًا لا يتجزأ من المصفوفة خارج الخلية في الدماغ، كما اكتشفها في الأصل فريق الدكتور ألكسندر ديتياتيف في عام 2001.

في عام ٢٠٠٧، وصفت دراسة يابانية وجود تجمعات كبريتات شوندروتن، مستديرة الشكل ومتناثرة عشوائيًا في جميع أنحاء الدماغ. إلا أن هذا العمل نُسي حتى أعاد مختبر سابينا بيريتا لعلم الأعصاب التطبيقي هذه التراكيب إلى دائرة الضوء العلمي بإعادة تسميتها بتجمعات CS-6 (نسبةً إلى كبريتات شوندروتن-٦، التي تُحدد تركيبها الجزيئي الدقيق)، وبيّن أن هذه التراكيب مرتبطة بالخلايا الدبقية، وأن عددها ينخفض بشكل كبير في أدمغة الأشخاص المصابين باضطرابات ذهانية.

ثم في عام 2017، تم تكليف جابرييل سيليني، الذي تم تعيينه حديثًا في مختبر بيريتا، بمهمة الكشف عن وظيفة هذه المجموعات.

«بدأنا بفحص هذه الهياكل بالتفصيل، وصوّرناها بدقة عالية جدًا. ووجدنا أنها في الأساس مجموعات من المشابك العصبية المغطاة بـ CS-6، منظمة في شكل هندسي واضح. ثم حددنا نوعًا جديدًا من التنظيم المشبكي»، كما يقول العلماء.

"في هذه المرحلة كان علينا أن نكون أكثر "إبداعًا تجريبيًا"؛ باستخدام مزيج من الأساليب السلوكية والجزيئية والمورفولوجية المتطورة، أدركنا أن هذه المركبات المغلفة في مجموعات CS-6 تتغير استجابة للنشاط الكهربائي في الدماغ."

"وأخيرًا، بفضل التعاون مع ألكسندر ديتياتيف من DZNE ماغديبورغ وجهود هادي ميرزابورديلاوار من مجموعته، تمكنا من تقليل التعبير عن CS-6 في الحُصين (منطقة الدماغ المسؤولة عن التعلم المكاني) وأظهرنا أن وجود CS-6 ضروري للبلاستيكية المشبكية والذاكرة المكانية"، كما يشير بوزي وسيليني.

يُمهّد هذا العمل الطريق لمنهجية جديدة لدراسة وظائف الدماغ. فمن الممكن أن تكون جميع المشابك العصبية المُشكّلة على خلايا عصبية مختلفة ضمن مجموعات CS-6 قادرة على الاستجابة معًا لمحفزات خارجية مُحددة، والمشاركة في وظيفة مُشتركة تُعنى بعمليات التعلم والذاكرة، كما أشاروا.

ويضيف ديتياتيف وبيريتا: "يبدو أنها تمثل ركيزة جديدة لدمج المعلومات وتكوين الارتباطات على المستوى متعدد الخلايا".

هذا العمل هو نتيجة تعاون بين العديد من المختبرات، بما في ذلك مختبر علوم الأعصاب الانتقالية (سابينا بيريتا؛ مستشفى ماكلين - كلية الطب بجامعة هارفارد، بوسطن)، ومختبر أبحاث اضطرابات النمو العصبي (يوري بوزي؛ CIMeC - المركز متعدد التخصصات لعلوم الدماغ، جامعة ترينتو) ومختبر اللدونة العصبية الجزيئية (ألكسندر ديتياتيف؛ DZNE ماغديبورغ).