محققان می‌توانند ذهن عروس دریایی را بخوانند

به گزارش گروه وب گردی خبرگزاری صدا و سیما، محققان موسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک-Caltech) موفق شدند با استفاده از یک جعبه ابزار ژنتیکی، ذهن یک عروس دریایی را بخوانند.

مغز انسان ۱۰۰ میلیارد نورون دارد که ۱۰۰ تریلیون اتصال ایجاد می کنند. درک مدار‌های دقیق سلول‌های مغزی که همه رفتار‌های روزمره ما مانند حرکت دادن اندامها، پاسخ به ترس و سایر احساسات را تنظیم می کنند، یک معمای فوق العاده پیچیده برای دانشمندان علوم اعصاب است. اما اکنون سؤالات اساسی در مورد علوم عصب شناختی رفتار، ممکن است از طریق یک موجود بسیار ساده تر مانند یک عروس دریایی کوچک پاسخ داده شود.
محققان "کلتک" اکنون نوعی جعبه ابزار ژنتیکی ساخته اند که برای بررسی مغز یک نوع عروس دریایی که در زمان رشد کامل، قطری حدود یک سانتی متر دارد، طراحی شده است.
با استفاده از این جعبه ابزار، موجودات کوچک از نظر ژنتیکی اصلاح می شوند تا نورون‌های آن‌ها به صورت جداگانه با نور فلورسنت در هنگام فعال شدن بدرخشد. از آنجایی که یک عروس دریایی شفاف است، محققان می توانند درخشش فعالیت عصبی این حیوان را همین طور که به شکل طبیعی رفتار و حرکت میکند، تماشا کنند.
به عبارت دیگر، محققان می توانند ذهن یک عروس دریایی را هنگام تغذیه، شنا، فرار از دست شکارچیان و موارد دیگر بخوانند تا بفهمند مغز نسبتا ساده این حیوان چگونه رفتار‌های آن را هماهنگ می کند.
وقتی صحبت از موجودات مورد استفاده در آزمایشگاه‌ها می شود، عروس دریایی بسیار دور از ذهن است. کرم ها، مگس ها، ماهی‌ها و موش‌ها برخی از متداول ترین موجودات مدل آزمایشگاهی هستند که همگی از نظر ژنتیکی بیشتر از هر نوع عروس دریایی به یکدیگر مرتبط هستند. در واقع، کرم‌ها از نظر تکاملی به انسان نزدیکتر از عروس دریایی هستند.
"برادی ویسبورد" محقق فوق دکترا و نویسنده مسئول این مطالعه می گوید: عروس‌های دریایی نقطه مقایسه ای مهمی هستند. آن‌ها به ما اجازه میدهند سؤالاتی از این قبیل بپرسیم که آیا اصول علوم اعصاب در همه دستگاه‌های عصبی مشترک است؟ یا اولین دستگاه عصبی ممکن است چه شکلی بوده باشد؟ با کاوش گسترده تر در طبیعت، ممکن است نوآوری‌های بیولوژیکی مفیدی را نیز کشف کنیم.
نکته مهم این است که بسیاری از عروس‌های دریایی کوچک و شفاف هستند که آن‌ها را به موجودات هیجان انگیزی برای مطالعه علوم اعصاب تبدیل می کند. دلیل آن هم این است که ابزار‌های جدید و شگفت انگیزی برای تصویربرداری و دستکاری فعالیت عصبی با استفاده از نور وجود دارد و شما می توانید یک عروس دریایی زنده را زیر میکروسکوپ قرار دهید و به یک باره به کل دستگاه عصبی آن دسترسی داشته باشید.
مغز عروس دریایی به جای متمرکز شدن در یک قسمت از بدن مانند مغز خودمان، مانند یک شبکه در سراسر بدن حیوان پخش است. بخش‌های مختلف بدن یک عروس دریایی می توانند به ظاهر مستقل و بدون کنترل متمرکز عمل کنند. به عنوان مثال، وقتی دهان یک عروس دریایی با جراحی برداشته شود، آن دهان به طور مستقل می تواند بدون اتصال و نیاز به بقیه بدن به غذا خوردن ادامه دهد!
به نظر می رسد این بدن غیرمتمرکز یک راهبرد تکاملی بسیار موفق است، زیرا عروس دریایی صد‌ها میلیون سال در سراسر قلمروی حیوانات زنده مانده است. اما دستگاه عصبی غیرمتمرکز عروس‌های دریایی چگونه رفتار‌های آن‌ها را هماهنگ می کند؟
محققان با بررسی واکنش‌های زنجیر‌های درخشانی که در نورون‌های این حیوان هنگام غذا خوردن رخ می دهد، تشخیص دادند که یک زیرشبکه از نورون‌ها که یک نوروپپتید خاص (مولکولی که توسط نورون‌ها تولید می شود) تولید می کند که مسئول چین خوردگی به سمت داخل بدن است.
علاوه بر این، اگرچه شبکه نورون‌های عروس دریایی در ابتدا پراکنده و بدون ساختار به نظر می رسید، اما محققان درجه شگفت انگیزی از سازماندهی را یافتند که فقط با دستگاه فلورسنت آن‌ها قابل مشاهده بود.
" ویسبورد" توضیح می دهد: آزمایش‌های ما نشان داد که این شبکه به ظاهر پراکنده از نورون‌ها که زیر درون بدن عروس دریایی قرار دارند، در واقع به بخش‌هایی از نورون‌های فعال تقسیم می شود که در برش‌هایی مانند برش‌های پیتزا سازماندهی شده اند.
هنگامی که یک عروس دریایی یک میگو را با یک شاخک خود شکار می کند، نورون‌های موجود در "برش پیتزا" که نزدیک به آن شاخک است ابتدا فعال می شوند که به نوبه خود باعث می شود آن قسمت از عروس دریایی به سمت داخل جمع شود و میگو را به دهان عروس دریایی برساند.
نکته مهم این است که اگر حتی با میکروسکوپ به آناتومی عروس دریایی نگاه کنید، این سطح از سازمان یافتگی عصبی کاملاً نامرئی است. شما باید بتوانید نورون‌های فعال را درخشان کنید تا آن را ببینید و این همان کاری است که محققان می توانند با این دستگاه جدید خود انجام دهند.
"ویسبورد" با تاکید بر این که این مطالعه فقط یک شناخت سطحی از درک مجموعه کامل رفتار‌های عروس دریایی است، می گوید: ما در کار‌های آینده می خواهیم از عروس دریایی به عنوان یک بستر قابل انعطاف برای درک دقیق نحوه ایجاد رفتار‌ها توسط کل دستگاه‌های عصبی استفاده کنیم.
در زمینه خوردن غذا، درک اینکه چگونه شاخک‌ها و دهان عروس دریایی همگی با یکدیگر هماهنگ می شوند، به ما امکان می دهد به مشکلات کلی تری در مورد عملکرد ماژولار در دستگاه‌های عصبی و نحوه هماهنگی این ماژول‌ها با یکدیگر بپردازیم.
هدف نهایی نه تنها درک دستگاه عصبی عروس دریایی بلکه استفاده از آن به عنوان سکوی پرشی برای درک دستگاه‌های عصبی پیچیده تر در آینده است.

این مقاله در مجله Cell منتشر شده است.