چگونه نقشهبرداری مولکولی از هیپوکامپ درک ما را از حافظه، یادگیری و بیماریهای مغزی تغییر میدهد.
در پژوهشی تازه که در نشریۀ Nature Communications منتشر شده، گروهی از دانشمندان مؤسسۀ عصبتصویربرداری و دادهنگاری «مارک و مری استیونز» (وابسته به دانشکدۀ پزشکی کِک در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی) موفق شدهاند لایههای تازهای را در بخش کلیدی مغز برای یادگیری و حافظه شناسایی کنند.
آنها دریافتند که ناحیۀ CA1 از هیپوکامپ — بخشی از مغز که نقش محوری در شکلگیری حافظه، جهتیابی فضایی و احساسات دارد — در موشها از چهار لایۀ مجزا از نورونها تشکیل شده است. این کشف، دید تازهای به چگونگی پردازش اطلاعات در مغز و علت آسیبپذیری برخی سلولها در بیماریهایی مانند آلزایمر و صرع ارائه میدهد.
لایههای مغزی؛ معماری پنهان حافظه
دکتر مایکل بینکوفسکی، نویسندۀ اصلی مقاله و استاد فیزیولوژی و مهندسی زیستپزشکی، میگوید:
«سالها بود که میدانستیم بخشهای مختلف CA1 عملکردهای متفاوتی در یادگیری و حافظه دارند، اما الگوی دقیق آرایش سلولی آن برایمان روشن نبود. پژوهش ما نشان میدهد که نورونهای این ناحیه در چهار نوار پیوسته و ظریف سازمان یافتهاند که هرکدام امضای مولکولی خاص خود را دارند.»
به گفتۀ او، ضخامت و موقعیت این لایهها در طول هیپوکامپ ثابت نیست و بهصورت تدریجی تغییر میکند، و همین تفاوت باعث میشود که بخشهای گوناگون مغز درگیر جنبههای مختلفی از رفتار و حافظه شوند. این ساختار همچنین توضیح میدهد چرا در بیماریهایی مانند آلزایمر، برخی سلولهای خاص زودتر از بقیه از بین میروند.
نقشهبرداری مولکولی از حافظه
شرح عکس
نمای کلی سه سطح روسترو–کودال در اطلس HGEA نشان داده شده است. در سمت چپ، ساختار پیشین ناحیه CA1 دیده میشود که در آن زیرناحیههای مختلف با رنگهای جداگانه مشخص شدهاند: CA1d به رنگ قرمز، CA1i به رنگ سبز، CA1v به رنگ آبی و CA1vv به رنگ آبی تیره.
در سمت راست، سازماندهی لایهای جدید CA1 نمایش داده شده است که شامل چهار لایهٔ مجزا است: لایهٔ ۱ (زرد)، لایهٔ ۲ (بنفش)، لایهٔ ۳ (سبز) و لایهٔ ۴ (قرمز). هر زیرناحیهٔ CA1 با ترکیب ویژهای از این لایهها تعریف میشود: ناحیهٔ CA1d از لایههای ۱ و ۲ تشکیل شده است، CA1i شامل لایههای ۲ و ۳ است، CA1v ترکیبی از لایههای ۲، ۳ و ۴ دارد و CA1vv با حضور سلولهای لایهٔ ۴ مشخص میشود. در بخشهای دمی (caudal) CA1، بیشتر لایههای ۱، ۲ و ۳ غالباند.
نسخهٔ تعاملی و سهبعدی این دادهها از طریق اپلیکیشن واقعیت افزوده Schol-AR و با اسکن کد QR در دسترس است.
برای مشاهدۀ این ساختار، پژوهشگران از روشی پیشرفته به نام RNAscope در کنار میکروسکوپهای با وضوح بالا استفاده کردند تا بیان ژنها را در تکتک سلولهای مغز بررسی کنند.
در مجموع بیش از ۳۳۰ هزار مولکول RNA از ۵۸ هزار سلول عصبی CA1 ثبت شد — اطلاعاتی که نشان میدهد کدام ژنها در چه زمانی فعالاند.
این دادهها به پژوهشگران اجازه داد تا نقشهای دقیق از «مرزهای سلولی» هیپوکامپ تهیه کنند.
نتیجه: چهار لایۀ پیوسته از نورونها که هرکدام الگوی منحصربهفردی از فعالیت ژنی دارند.
در نمای سهبعدی، این لایهها مانند ورقهای نازک و موجدار دیده میشوند — نه ترکیب پراکندهای از سلولها، بلکه ساختاری منظم با نقشهای متفاوت.
«راهراههای» مغز و بازنگری در نقشههای قدیمی
ماریکارمن پاچیکانو، پژوهشگر دکتری و نویسندۀ همکار مقاله میگوید:
«وقتی الگوی RNA را در وضوح سلولی دیدیم، نوارهای روشنی پدیدار شد — درست مثل لایههای رسوبی سنگ. هر نوار نمایندۀ نوعی خاص از نورون بود.»
به گفتۀ او، «این لایههای پنهان، مانند برداشتن پردهای از چهرۀ معماری درونی مغز است و میتواند توضیح دهد چرا مدارهای هیپوکامپ در یادگیری و حافظه رفتار متفاوتی دارند.»
چرا این کشف مهم است؟
هیپوکامپ نخستین بخش از مغز است که در بیماری آلزایمر آسیب میبیند و در اختلالاتی مانند صرع، افسردگی و اضطراب نیز نقشی کلیدی دارد.
شناسایی لایههای درونی آن، میتواند راه را برای شناسایی سلولهایی که در برابر بیماریها آسیبپذیرترند باز کند.
دکتر آرتور توگا، مدیر مؤسسۀ استیونز و از پیشگامان نقشهبرداری مغز، میگوید:
«این پژوهش نشان میدهد چگونه فناوریهای نوین تصویرسازی و دادهکاوی میتوانند دید ما را از ساختار مغز دگرگون کنند. از مولکول تا شبکههای عصبی، ما در حال ساخت نقشهای جامع از مغز هستیم که هم برای پژوهشهای پایه و هم برای درمانهای شناختی و حافظه اهمیت دارد.»
از موش تا انسان؛ گامی به سوی فهم ذهن
پژوهشگران نتایج خود را در قالب یک اطلس سلولی جدید از ناحیۀ CA1 منتشر کردهاند که بر پایۀ دادههای پروژۀ Hippocampus Gene Expression Atlas ساخته شده است.
این اطلس، همراه با مدل سهبعدی تعاملی از هیپوکامپ، بهصورت عمومی و رایگان در اختیار دانشمندان قرار گرفته است.
جالب آنکه الگوی لایهبندی مشاهدهشده در مغز موشها، با ساختار مشابهی در مغز انسان و نخستیسانان قابل مقایسه است. این موضوع احتمال وجود یک «الگوی جهانی» در سازماندهی حافظه را تقویت میکند.
گام بعدی: از نقشه تا رفتار
دکتر بینکوفسکی میگوید:
«اکنون چارچوبی داریم که میتوان با آن بررسی کرد هر لایه از نورونها چگونه در رفتارهایی مانند یادگیری، ناوبری فضایی و احساسات نقش دارد — و وقتی این ارتباطها مختل میشوند، چه بیماریهایی پدید میآیند.»
چشمانداز
این کشف، نمونهای از پیوند میان علوم داده، زیستشناسی مولکولی و عصبشناسی است.
در آینده، نقشهبرداریهای دقیقتر از این لایهها شاید بتواند راه را برای درمانهای هدفمند در اختلالات حافظه و شناختی هموار کند — درمانهایی که دقیقاً همان سلولهایی را هدف میگیرند که درگیر بیماریاند.
هیپوکامپ سالها نماد حافظه در مغز بود؛ اکنون، با کشف لایههای پنهانش، شاید بتوان گفت ما برای نخستین بار به درون ساختار فیزیکی حافظه گام گذاشتهایم.
