توصلت دراسة حديثة إلى أن العلماء ابتكروا أدمغة مصغرة في المختبر شكلت شبكات معقدة وأنتجت موجات دماغية مشابهة لتلك التي أطلقها الدماغ النامي لطفل خديج.
فكرة نمو العقول المصغرة في المختبر ليست جديدة ؛ يقوم الباحثون بذلك منذ ما يقرب من عقد من الزمان. لكن معظم الدراسات استخدمت هذه العقول الصغيرة أو "أورجانويدز" لدراسة بنية واسعة النطاق.
على سبيل المثال ، طورت إحدى المجموعات أدمغة صغيرة يمكنها أن تنمو الأوعية الدموية ، كما ذكرت Live Science سابقًا. تعرضت مجموعة أخرى لأدمغة صغيرة لفيروس زيكا لفهم كيف يمكن أن يؤدي إلى رؤوس صغيرة بشكل غير طبيعي ، أو صغر الرأس.
ولكن في حالات مثل التوحد والفصام والاضطراب ثنائي القطب وحتى الاكتئاب ، "الدماغ سليم ، وتعتمد المشكلة على عمليات الشبكة" ، قال المؤلف البارز في الدراسة أليسون موتري ، أستاذ مشارك في قسم الطب الخلوي والجزيئي و مدير برنامج الخلايا الجذعية في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو. هذه هي المرة الأولى التي تكون فيها العقول التي تنمو في المختبر شبكات معقدة من الخلايا العصبية التي تنتج موجات دماغية قوية.
للقيام بذلك ، قام Muotri وفريقه بجمع الخلايا الجذعية البشرية - التي يمكن أن تتحول إلى أي نوع من الخلايا وفقًا للتعليمات الصحيحة - المستمدة من جلد الناس ودمهم. كشف الباحثون هذه الخلايا الجذعية إلى تعليمات كيميائية من شأنها تحويل الخلايا إلى خلايا في الدماغ.
بالنسبة للجزء الأكبر ، شكلت هذه الخلايا خلايا سلف عصبي ، خلايا خاصة بالدماغ يمكن أن تتكاثر وتؤدي إلى العديد من أنواع خلايا الدماغ. بعد شهرين إلى خمسة أشهر في طبق المختبر ، تشكل هذه الخلايا السلف الخلايا العصبية الجلوتاميترجية ، أو خلايا الدماغ "المثيرة" ، أو تلك التي تنشر المعلومات.
بعد حوالي أربعة أشهر ، توقفت الأدمغة الصغيرة عن تكوين الخلايا العصبية المثيرة وبدأت في صنع الخلايا النجمية. تساعد خلايا الدماغ هذه في تشكيل نقاط الاشتباك العصبي ، والفجوات بين خلايا الدماغ حيث تمر الناقلات العصبية ، أو المواد الكيميائية في الدماغ ، بالمعلومات. وأخيرًا ، بدأت الخلايا السلفية في صنع الخلايا العصبية المثبطة ، التي تخمد نشاط الدماغ ، أو توقف الخلايا العصبية من تمرير المعلومات. وقال موتري "عندما يبدأ النشاط في أن يصبح أكثر تعقيدًا ، لأننا الآن نوازن الإثارة والتثبيط".
وقال موتري إنه بينما كانت الخلايا تنقسم وتفرق ، بدأت في النهاية "بالتنظيم الذاتي إلى شيء يشبه القشرة البشرية". القشرة هي الطبقة الخارجية من الدماغ ، والتي تلعب دورًا مهمًا في الوعي.
في الواقع ، لا تبدو "العقول الصغيرة" كإصدارات مصغرة للعقول البشرية. وقال موترى إنها بلورات بيضاء كروية تطفو فى الحساء المحمر الذى تنمو فيه. وأضاف أنهم نماوا حتى قطر 0.2 بوصة (0.5 سم) فقط ، لكن شبكاتهم العصبية استمرت في التطور لمدة تسعة إلى عشرة أشهر قبل التوقف.
خلال نمو العقول الصغيرة ، استخدم الفريق مجموعة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة التي تتصل بالخلايا العصبية لقياس نشاط الدماغ. وجد الباحثون أنه في حوالي شهرين ، بدأت الخلايا العصبية في الأدمغة الصغيرة تطلق إشارات متفرقة ، وكلها بنفس التردد. وقال موترى إنه بعد شهرين آخرين من التطور ، أطلقت العقول إشارات على ترددات مختلفة وبشكل أكثر انتظاما ، مما يشير إلى نشاط الدماغ الأكثر تعقيدا.
وقال موتري إنه في حين أظهرت الدراسات السابقة أن العقول الصغيرة التي يتم إنتاجها في المختبر يمكن أن تنتج حرق خلايا الدماغ ، فإن الباحثين أفادوا أنها تطلق حوالي 3000 مرة في الدقيقة. في هذه الدراسة ، ومع ذلك ، أطلقت الخلايا العصبية ما يقرب من 300،000 مرة في الدقيقة ، وهو "أقرب إلى الدماغ البشري ،" قال.
ثم استخدم الفريق خوارزمية للتعلم الآلي لمقارنة نشاط الدماغ لهذه العقول المصغرة بتلك الخاصة بالأطفال الخدج. درب الباحثون برنامجهم لتعلم موجات الدماغ المسجلة من 39 طفلاً خديجًا تتراوح أعمارهم بين 6 و 9 أشهر ونصف.
ثم قام العلماء بتغذية أنماط موجات الدماغ من العقول الصغيرة في الخوارزمية ووجدوا أنه بعد 25 أسبوعًا من تطور الدماغ المصغر ، لم يعد بإمكانه تمييز البيانات القادمة من الدماغ البشري عن تلك المستمدة من الدماغ الذي ينمو في المختبر. وقال موترى: "إنه يختلط على الأمر ويعطي نفس العمر لكليهما" ، مما يشير إلى أن العقول الصغيرة والعقول البشرية كانت تنمو وتتطور بشكل مشابه.
قال الدكتور توماس هارتونج ، مدير مركز جونز هوبكنز لبدائل اختبار الحيوان ، أن هذه الدراسة تظهر "بشكل جيد للغاية أنه يمكنك إنشاء هذه الأنظمة التجريبية القابلة للتكرار حيث يمكنك معالجة العمليات التي تعتبر أساسية جدًا لتطور الإنسان". الذي عمل أيضًا على تطوير أدمغة صغيرة في المختبر ولكنه لم يكن جزءًا من الدراسة.
وقال "إن عدم إمكانية الوصول إلى الدماغ الجنيني هو أحد الأسباب التي تجعل هذه النماذج تقدم شيئًا مختلفًا". "ولكن هذا يعني أيضًا أن لديك فرصًا محدودة للغاية لقولها الشيء الحقيقي." وأضاف أنه على الرغم من أن إشارات تخطيط كهربية الدماغ مشابهة لإشارات الأطفال قبل الأوان ، إلا أنها تتوقف قليلاً عن التوقيت.
بينما يتصل الجنين البشري بالأم وبالتالي يتلقى إشارات من الخارج ، فإن هذه الأدمغة التي تنمو في المختبر ليست مرتبطة بأي شيء. وقال هارتونج "هذه الخلايا ليس لها مدخلات أو مخرجات لا يمكنها التعرف على أي شيء يحدث في العالم." لذا فهم "بالتأكيد ليسوا واعين".
قال موتري إن هذا ما يتفق عليه معظم العلماء ، ولكن "من الصعب القول". "نحن علماء الأعصاب لا نتفق حتى على ما هي القياسات التي يمكن للمرء القيام بها للتحقيق في الواقع لمعرفة ما إذا كانت واعية أم لا."
يرسل دماغ الإنسان إشاراته لمساعدتنا على التفاعل مع بيئتنا. على سبيل المثال ، ننظر إلى خطأ ، ترسل العيون إشارات إلى خلايا الدماغ ، والتي تشير إلى بعضها البعض وتعلمنا أننا نرى خطأً.
إذن ، لماذا ترسل هذه الأدمغة المختبرية إشارات؟ ما الذي يمكن أن يتحدثوا عنه؟ قال موترى "هذا سؤال لا نعرفه ، لأن الدماغ الجنينى هو حقا صندوق أسود". وقال إنه يبدو أن معظم الإشارات في هذه المراحل المبكرة تنطوي على تعليمات لـ "التوصيل الذاتي" أو الاتصال ببعضها البعض.
على أي حال ، قال إنه يأمل أن تساعدنا مثل هذه الدراسات في فهم كيف تؤدي الأسلاك الدماغية المبكرة إلى أدمغتنا المعقدة ، وماذا يحدث عندما تتعطل هذه الأسلاك.
قال Muotri وفريقه أنهم يأملون الآن في تحفيز أعضائه الدماغية أكثر لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم التطور بعد تسعة إلى 10 أشهر. يرغب الباحثون أيضًا في نمذجة اضطرابات الدماغ ، على سبيل المثال عن طريق إنشاء أورجانويد دماغية مع خلايا مأخوذة من الأطفال المصابين بالتوحد ، لفهم كيفية تطور شبكات الدماغ.
نُشرت النتائج اليوم (29 أغسطس) في مجلة Cell Stem Cell.
