ثبت نور واقعی نورون‌های عصبی مغز
ثبت نور واقعی نورون‌های عصبی مغز
مجله علمی ایلیاد - «آدام کوهن» مطالعه‌ی خود را از آزمایشی که در سال ۲۰۱۰ توسط محققان MIT انجام شده بود، الهام گرفت. این آزمایش شامل اُرگانیسمی بود که پروتئین خاصی داشت؛ پروتئینی که در دهه‌ی ۱۹۸۰ در دریای مرده کشف شد. محققان بعد از سال‌ها تحقیقات گسترده بالاخره راهی برای مشاهده‌ی الکتریسیته عصبی در موجود زنده‌ی واقعی، کشف کردند. آدام کوهن، استاد شیمی و زیست‌‌شیمی و فیزیک دانشگاه هاروارد، نویسنده‌ی اول این مقاله دکتر «یائوا آدام» و گروه تحقیقاتی بین‌رشته‌ای آن‌ها توانستند سیگنال‌های الکتریکی عصبی را به جرقه‌هایی تبدیل کنند که از طریق میکروسکوپ قابل مشاهده بود.
این تحقیق در مجله‌ی علمی Nature منتشر شد.
به گفته‌ی محققان، مشاهده یا پخش زنده‌ی واقعی از الکتریسیته‌ی عصبی دقیقاً مانند تماشای پخش زنده‌ی مغز است. از آن‌جایی که نورون‌ها مسئول هرگونه تفکر و احساساتی هستند که موجودات زنده احساس می‌کنند، پس میزان زیادی اطلاعات را ارسال و دریافت می‌کنند و این امر تا همین اخیر برای محققان غیرقابل درک بود. سیگنال‌های الکتریکی می‌توانند با حداکثر سرعت ۴۳۵ کیلومتر بر ساعت، از سلولی به سلول دیگر بروند. به دلیل این سرعت زیاد، مشاهده‌ی الکتریسیته‌ی عصبی در مغزِ پُرفعالیت دقیقاً مانند مشاهده‌ی الکتریسیته در سیم تلفن است و هیچ چشم غیرمسلحی نمی‌تواند به آن دست یابد.
بنابراین محققان برای اینکه مشاهده کنند که نورون‌ها چگونه اطلاعات را به رفتارها، احساسات و تفکرات تبدیل می‌کنند، روش خاصی خلق کردند. کوهن از تحقیق دیگری که در سال ۲۰۱۰ در موسسه‌ی تکنولوژی ماساچوست انجام شده بود، الهام گرفت. محققان MIT در تحقیق خود پروتئینِ «Archaerhodopsin3» را وارد یک مغز کردند و با استفاده از ابزاری خاص کاری کردند که این پروتئین روشن شود و برق بزند. سپس آن ابزار، نور را به برق تبدیل کرد. پروتئین Archaerhodopsin3 و اُرگانیسم میزبان آن در تحقیقی اکولوژیک در دهه‌ی ۱۹۸۰ توسط یک اکولوژیست اسرائیلی کشف شد. این اُرگانیسم می‌تواند به خاطر وجود پروتئینِ Archaerhodopsin3، نور خورشید را در قالب نوعی فتوسنتز اولیه به انرژی الکتریکی تبدیل کند. کوهن و گروهش بعد از سال‌ها تحقیق راهی برای معکوس کردن ترفند این اُرگانیسم یافتند و از آن پروتئین برای تبدیل فعالیت الکتریکی نورون‌ها به تشعشات قابل مشاهده‌ی نور استفاده کردند.
کوهن و گروهش توانستند پروتئینِ Archaerhodopsin3 را دست‌کاری کنند تا وقتی که به وسیله‌ی نور قرمز روشن می‌شود ولتاژ را به نور تبدیل کند. طبق این مطالعه، به این ترتیب پروتئین Archaerhodopsin3 مانند ولت‌سنج فوق حساسی عمل می‌کند که با ضربه‌ی الکتریکی تغییر می‌کند. این گروه سپس پروتئین Archaerhodopsin3 را با پروتئین مشابهی که وقتی با نور آبی روشن شود موجب پالس‌های الکتریکی در نورون‌ها می‌شود، جفت کردند. طبق گفته‌ی آدام، این فرآیند خاص برای ضبط و کنترل فعالیت‌های سلول حیاتی است. نور قرمز مسئول ضبط و نور آبی مسئول کنترل است. اگر چه پروتئین‌های جفت‌شده در ظرف به خوبی عمل می‌کردند، اما عملی کردن آن در مغز موجودی زنده برای آدام و گروهش واقعاً چالش بود.
پنج سال تحقیقات گسترده و همکاری بین‌رشته‌ای بین متخصصان آمار، فیزیکدانان، زیست‌شیمی‌دانان، محققان کامپیوتر، زیست‌شناسان مولکولی و ۲۴ عصب‌شناس صورت گرفت تا آدام و کل گروهش توانستند این آزمایش را در مغز موش زنده‌ای با موفقیت انجام دهند. آن‌ها توانستند با تنظیم و اصلاح کردن پروتئین‌ها به منظور عمل کردن در مغز موش، با قرار دادن دقیق پروتئین‌ها به وسیله‌ی دست‌کاری ژنتیکی و با ساختن میکروسکوپی جدید دارای ویدئو پروژکتوری مختص کل فرآیند، به نتایج مثبتی دست یابند.
کوهن می‌گوید: «شما اساساً فیلم کوچکی می‌سازید.» به گفته‌ی او و همکارانش این تحقیق فقط گام اول است و گام‌های زیاد دیگری باید برداشته شود. کوهن اضافه می‌کند: «مغز موش ۷۵ میلیون سلول دارد. پس به نظر شما بستگی دارد که ما کار بزرگی انجام دادیم یا اینکه هنوز راهی طولانی در پیش داریم؟» بقیه‌ی اعضای گروه روی بهبود نرم‌افزار و ابزارهای خود هستند تا این فرآیند را واضح‌تر و در دامنه‌ی وسیع‌تری ضبط کنند. آدام امید دارد که مطالعات بیشتر بتوانند به آن‌ها کمک کنند تا به حداکثر نتایج دست یابند.
نوشته: شیوبی راموس
ترجمه: زهرا جهانبانی – مجله علمی ایلیاد