خواندن ذهن یک عروس دریایی توسط محققان "کلتک" آمریکا

به گزارش اس تی دی، مغز انسان ۱۰۰ میلیارد نورون دارد که ۱۰۰ تریلیون اتصال ایجاد می‌کنند. درک مدارهای دقیق سلول‌های مغزی که همه رفتارهای روزمره ما مانند حرکت دادن اندام‌ها، پاسخ به ترس و سایر احساسات را تنظیم می‌کنند، یک معمای فوق العاده پیچیده برای دانشمندان علوم اعصاب است. اما اکنون سؤالات اساسی در مورد علوم عصب‌شناختی رفتار، ممکن است از طریق یک موجود بسیار ساده‌تر مانند یک عروس دریایی کوچک پاسخ داده شود.

محققان "کلتک" اکنون نوعی جعبه ابزار ژنتیکی ساخته‌اند 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 می‌شوند تا نورون‌های آن‌ها به صورت جداگانه با نور فلورسنت در هنگام فعال شدن بدرخشد.

از آنجایی که یک عروس دریایی شفاف است، محققان می‌توانند درخشش فعالیت عصبی این حیوان را همین طور که به شکل طبیعی رفتار و حرکت می‌کند، تماشا کنند. به عبارت دیگر، محققان می‌توانند 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 می‌کند.

وقتی صحبت از موجودات مورد استفاده در آزمایشگاه‌ها می‌شود، عروس دریایی بسیار دور از ذهن است. کرم‌ها، مگس‌ها، ماهی‌ها و موش‌ها برخی از متداول‌ترین 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 می‌گوید: عروس‌های دریایی نقطه مقایسه‌ای مهمی هستند. آنها به ما اجازه می‌دهند سؤالاتی از این قبیل بپرسیم که آیا اصول علوم اعصاب در همه سیستم‌های عصبی مشترک است؟ یا اولین سیستم عصبی ممکن است چه شکلی بوده باشد؟ با کاوش گسترده‌تر 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 می‌کند. 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 می‌توانید یک عروس دریایی زنده را زیر میکروسکوپ قرار دهید و به یک باره به کل سیستم 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 می‌توانند 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 می‌تواند بدون اتصال و نیاز به بقیه بدن به غذا خوردن ادامه دهد!

به نظر می‌رسد این بدن غیرمتمرکز یک استراتژی تکاملی بسیار موفق است، زیرا عروس دریایی صدها میلیون سال در سراسر قلمروی حیوانات زنده مانده است. اما سیستم عصبی غیرمتمرکز عروس‌های دریایی چگونه رفتارهای آنها را هماهنگ می‌کند؟

محققان با بررسی واکنش‌های زنجیره‌ای درخشانی که در نورون‌های این حیوان هنگام غذا خوردن رخ می‌دهد، تشخیص دادند که یک زیرشبکه از نورون‌ها که یک نوروپپتید خاص(مولکولی که توسط نورون‌ها تولید می‌شود) تولید می‌کند که مسئول چین‌خوردگی به سمت داخل بدن است. علاوه بر این، اگرچه شبکه نورون‌های عروس دریایی در ابتدا پراکنده و بدون ساختار به نظر می‌رسید، اما محققان درجه شگفت انگیزی از سازماندهی را یافتند که فقط با سیستم فلورسنت آنها قابل مشاهده بود.

" ویسبورد" توضیح می‌دهد: 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 می‌شود که در برش‌هایی مانند برش‌های پیتزا سازمان‌دهی شده‌اند. هنگامی که یک عروس دریایی یک میگو را با یک شاخک خود شکار می‌کند، نورون‌های موجود در "برش پیتزا" که نزدیک به آن شاخک است ابتدا فعال می‌شوند که به نوبه خود باعث می‌شود 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 می‌توانند با این سیستم جدید خود انجام دهند.

"ویسبورد" تاکید می‌کند که این مطالعه فقط یک شناخت سطحی از درک مجموعه کامل رفتارهای عروس دریایی است. او می‌گوید: ما در کارهای آینده می‌خواهیم از عروس دریایی به‌عنوان یک بستر قابل انعطاف برای درک دقیق نحوه ایجاد رفتارها توسط کل سیستم‌های عصبی استفاده کنیم. در زمینه خوردن غذا، درک اینکه چگونه شاخک‌ها و دهان عروس دریایی همگی با یکدیگر هماهنگ می‌شوند، به ما امکان می‌دهد به مشکلات کلی‌تری در مورد عملکرد ماژولار در سیستم‌های عصبی و نحوه هماهنگی این ماژول‌ها با یکدیگر بپردازیم. هدف نهایی نه تنها درک سیستم عصبی عروس دریایی بلکه استفاده از آن به عنوان سکوی پرشی برای درک سیستم‌های عصبی پیچیده‌تر در آینده است.

مقاله‌ای که این مطالعه جدید را توصیف می‌کند در مجله Cell منتشر شده است.