درست مثل اعضای یک ارکستر که به یک رهبر نیاز دارند تا روی ضرب بمانند، نورون‌ها هم در مغز نیازمند یک‌سری موج‌هایی از فعالیت ِبرنامه‌ریزی‌شده هستند تا حافظه را در امتداد زمان، مرتب کنند. در هیپوکامپ – مرکز خاطرات مغز – ترتیب موقتی کد نورونی برای ساخت یک نقشه‌ی ذهنی در رابطه با اینکه شما کجا بودید، هستید و خواهید بود، بسیار مهم است.
به گزارش بیگ بنگ، دانشمندان مؤسسه‌ی علوم مغز ریکن در ژاپن در مقاله‌ای جدید به این نکته اشاره کردند که چگونه نورون‌های نشان‌دهنده‌ی محیط در مغز موش‌ها، تا به این حد سرِ وقت می‌مانند. هنگامی که موش محیط اطرافش را جهت‌یابی می‌کند، محدوده‌ی هیپوکامپ مرکزی که CA1 نام دارد، به موج‌های ریتمیکِ ورودیِ نورونی نزدیک مناطق مغز تکیه کرده تا یک نقشه‌ی بروز رسانی شده از محیط اطرافش را تهیه کند. هنگامی که محققان ورودی CA3 در محدوده‌ی هیپوکامپ مغز جانور را خاموش کردند، نقشه‌های تازه در هم ترکیب شدند. در حالی که موش‌ها هنوز هم با این وضعیت جدید قادر بودند تا یک جهت‌یابی ساده را انجام دهند و سیگنال‌هایی از نورون‌های تکی برای بیان دقیق محیط پیرامونشان را دریافت کنند.
پژوهشگر ارشد توماس مک هوگ گفت: «آهنگ نورونی تغییر نکرد اما با خاموش کردن ورودی CA3 به CA1 در هیپوکامپ، ما از شر هدایت‌کننده خلاص شدیم.» مک هوگ و استیون میدلتون این را با استفاده از مهندسی ژنتیکی موش برای بیان یک عصب زهرآگین در CA3 که اتصالات سیناپسی را بین CA3 و بقیه‌ی نواحی مغز قطع می‌کند، انجام دادند. تمامی فعالیت نورونی محافظت شد اما روابط سیناپسی بی‌نشانه شدند که این موجب شد تا بتوانند اثر از بین بردن ورودی CA3 در ناحیه‌ی CA1 مغز را اندازه‌گیری کنند.
زمانی که موش به بالا و پایین می‌دوید، محققان نورون‌های جداگانه‌ای را که مانند جریان الکتریکی جمع شده‌ای از یک گروه بزرگ‌تر نورون‌ها به نام پتانسیل‌های محلی بودند، ثبت کردند. این به آنها امکان داد، هر چرخه تتا را بین بازه زمانی که هیپوکامپ، نقشه‌ی نورونی خود از محیط را همزمان با حرکت موش بروز رسانی می‌کند، کنترل کنند. با مقایسه‌ی جداگانه و همگانی فعالیت‌ها در یک گروه موش نرمال و جهش‌یافته، آنها بالاخره یک دیدگاه تناقض‌آمیز را ارائه دادند. هنگامی که موش جهش‌یافته وارد محوطه شد، نورون‌های تکی به بروز رسانی فعالیتشان در وقفه‌ای هشت هرتزی که به عنوان فاز تقدم چرخه‌ی تتا شناخته می‌شود، ادامه یافت.
مک هوگ گفت: «بدون ورودی CA3 در مغز هیچ سازمانی از سیگنال‌های نورونی در امتداد چرخه‌ی تتا برای توضیح مکانی که موش قبلاََ در آن بوده یا به آن می‌رفت، وجود نداشت.» کشف نقشه‌ی ذهنی محیط در هیپوکامپ در سال ۲۰۱۴ برنده‌ی جایزه‌ی نوبل در شاخه‌ی فیزیولوژی و پزشکی را به خود اختصاص داد، اما اتصالات مداری دسته‌جمعی از سلول‌های محلی، که برای پروسه‌ی حافظه هم استفاده می‌شوند و چگونگی بروز رسانی آنها در زمانِ واقعی شناخته شده نبود. بدون ورودی CA3، حدسی دقیق از مکان محیطی کد نورون‌های دسته‌جمعی ناممکن خواهد بود. با این اوصاف موش هنوز می‌داند که کجاست اما مشکلات کوچکی در نمایش محیط نورون‌های جداگانه و بدون CA3 جهت دهنده CA1، به وجود می‌آید.
مک هوگ می‌گوید: «اگر نورون‌ها در ادامه فعال نشوند شما نمی‌توانید خاطرات را در امتداد زمان مرتب دریافت کنید. در موش‌ها یا انسان‌ها شما به یک تشکیلات موقتی نیاز دارید تا از مکانی به مکان دیگر بروید، تصمیم بگیرید و به هدف‌هایتان دست یابید. اگر خاموش کردن ناحیه‌ی CA3 در مغز انسان‌ها ممکن بود، خاطراتِ به درد نخور در هم ترکیب می‌شدند.» پروژه‌ی دیگری با همین آزمایش موش‌ها انجام شده که اشاره به یک نقش جدید برای نورون‌های CA3 در مرتب کردن اطلاعات در طی خواب دارد که پروسه‌ای لازم برای حافظه‌ی طولانی‌مدت در مغز است.
در حالی که نورون‌های تکی هیپوکامپی به فعالیت ادامه می‌دهند، این مطالعه نشان می‌دهد که ارکستر نورونی نیازمند یک ورودی CA3 در مغز برای عمل به‌عنوان رهبر و راهنما می‌باشد. این بدین معناست که استراتژی‌های مختلف کد کردن نورونی، جدا شده‌اند، اما در مغز به هم وابسته هستند. به احتمال زیاد کاهشی چشمگیر در نوسان‌های وابسته به ارتباط CA3 به CA1 در مغز مشاهده شده است. شکستگی‌های این نوسان در رِنج بیماری‌های مختلفی از شیزوفرنی تا آلزایمر شناسایی شده‌اند و فهمیدن عمیق‌تر اینکه چگونه این ریتم‌های مغزی اطلاعات را مرتب می‌کنند، ممکن است راهی روشن برای مکانیسم‌های مداری اینگونه بیماری‌ها را باز گشاید. جزئیات بیشتر این پژوهش در ۳۰ می در مجله‌ی نوروساینس Nature منتشر شده است.
ترجمه: سلما قیومی – سایت علمی بیگ بنگ
منبع: medicalxpress.com