مغز انسان چگونه این‌قدر بزرگ شد؟ کشف ژن‌های محافظ در نورون‌های دوپامین
مغز انسان‌ها در مقایسه با خویشاوندان مشترک خود در طول تکامل بزرگ‌تر شده است، اما این رشد عصبی هزینه‌هایی داشته است. دانشمندان با بررسی این تحول، ویژگی‌های ژنتیکی منحصر‌به‌فردی را کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد سلول‌های مغز انسان چگونه استرس ناشی از کارکرد یک مغز بزرگ را کنترل می‌کنند. این پژوهش می‌تواند الهام‌بخش مطالعات جدید برای درک بیماری‌هایی مانند پارکینسون و اسکیزوفرنی باشد.
تمرکز بر نورون‌های دوپامین
به گزارش نشریه نیچر، این تحقیق بر روی نورون‌های تولیدکننده انتقال‌دهنده عصبی دوپامین متمرکز است که برای حرکت، یادگیری و پردازش اضطراب حیاتی هستند. محققان با مقایسه هزاران نورون دوپامین پرورش‌یافته در آزمایشگاه از انسان، شامپانزه، ماکاک و اورانگوتان دریافتند که نورون‌های دوپامین انسانی نسبت به سایر پس‌تان‌داران، ژن‌های بیش‌تری را بیان می‌کنند که فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های پیشگیری‌کننده صدمه را افزایش می‌دهند.
آندره سوزا، عصب‌شناس دانشگاه ویسکانسین مدیسن، بیان کرد یافته‌های این پژوهش تا به امروز مورد بررسی قرار نگرفته بودند، اما گامی به سوی درک تکامل مغز انسان و تمام پیامد‌های بالقوه منفی و مثبت همراه با آن است. مهم است که واقعا تلاش کنیم تا بفهمیم چه چیزی در مورد مغز انسان منحصر‌به‌فرد است، زیرا این امر می‌تواند به گسترش درمان‌های نوین یا حتی پیشگیری از بیماری در آینده کمک کند.
چالش‌های ناشی از رشد سریع مغز
الکس پولن، متخصص علوم اعصاب دانشگاه کالیفرنیا سن‌فرانسیسکو، گفت درست همان‌طور که راه رفتن عمودی به مشکلات زانو و کمر منجر شده و تحول در ساختار فک و رژیم غذایی به مشکلات دندانی انجامیده، رشد سریع مغز انسان نیز با گذشت زمان چالش‌هایی را برای سلول‌های خود به وجود آورده است. فرضیه ما این بود که همین فرآیند ممکن است رخ داده باشد و نورون‌های دوپامین ممکن است عامل شکل‌گیری مفاصل آسیب‌پذیر باشند.
پولن و همکاران با استفاده از فناوری تصویربرداری نشان دادند که دو ناحیه نیازمند دوپامین در مغز انسان به طور قابل‌توجه‌ی بزرگ‌تر از همتای خود در ماکاک‌ها هستند. قشر پیشین مغز ۱۸ برابر بزرگ‌تر و جسم مخطط تقریبا هفت برابر بزرگ‌تر است. با این حال، تعداد نورون‌های دوپامین انسان‌ها تنها دو برابر خویشاوندان مشترک آن‌هاست. به همین دلیل، این نورون‌ها در مغز بزرگ‌تر و پیچیده‌تر انسان باید بیش‌تر کشیده شوند و سخت‌تر کار کنند. هر یک از آن‌ها بیش از دو می‌لیون سیناپس را مدیریت می‌کنند.
نناد سستان، عصب‌شناس رشد دانشگاه ییل، اظهار داشت نورون‌های دوپامین، ورزشکاران واقعی هستند. آن‌ها به طور مداوم فعال می‌شوند.
مکانیسم‌های محافظتی منحصر‌به‌فرد
برای درک اینکه نورون‌های دوپامین انسان چگونه با نیاز‌های یک مغز بزرگ سازگار شده‌اند، محققان کپی‌هایی از این سلول‌ها را در آزمایشگاه پرورش دادند. آن‌ها سلول‌های بنیادی را که می‌توانند به انواع سلول‌ها تبدیل شوند، از هشت انسان، هفت شامپانزه، سه ماکاک و یک اورانگوتان گرفتند و آن‌ها را به ساختار‌های می‌نیاتوری شبیه مغز به نام ارگانوئید تبدیل کردند. پس از ۳۰ روز، این ساختار‌ها تولید دوپامین را آغاز کردند، همانند مغز در حال رشد.
در مرحله بعد، این گروه پژوهشی به طور ژنتیکی نورون‌های دوپامین را توالی‌یابی کردند تا آشکار سازند کدام ژن‌ها فعال شده‌اند و چگونه کنترل می‌شوند. محققان با تحلیل نورون‌های انسان و شامپانزه دریافتند که نورون‌های انسان، سطوح بالا‌تری از ژن‌هایی را بیان می‌کنند که استرس اکسیداتیو را تحت مدیریت دارند. استرس اکسیداتیو نوعی صدمه سلولی است که می‌تواند توسط فرآیند انرژی‌سازی در تشکیل دوپامین ایجاد شود. این ژن‌ها آنزیم‌هایی را کدگذاری می‌کنند که به تجزیه و خنثی کردن مولکول‌های سمی موسوم به گونه‌های فعال اکسیژن می‌پردازند. این مولکول‌ها می‌توانند به سلول‌ها صدمه بزنند.
برای بررسی اینکه آیا نورون‌های دوپامین انسان واکنش‌های استرس منحصر‌به‌فردی دارند یا خیر، محققان از یک سموم استفاده کردند که باعث استرس اکسیداتیو در ارگانوئید‌ها می‌شود. آن‌ها دریافتند نورون‌های ایجادشده از سلول‌های انسان، تولید نوعی مولکول به نام BDNF را افزایش می‌دهند که در افراد مبتلا به اختلالات عصبی مانند بیماری پارکینسون کاهش می‌یابد. آن‌ها واکنش مشابه‌ی را در نورون‌های شامپانزه مشاهده نکردند.
امید به درمان‌های نوین
درک این مکانیسم‌های محافظتی می‌تواند به گسترش درمان‌هایی بیانجامد که دفاع سلولی را در افراد در معرض خطر بیماری پارکینسون تقویت کنند. سوزا گفت برخی از این محافظت‌ها ممکن است به علت جهش، در همه افراد وجود نداشته باشند. این امر یک آسیب‌پذیری اضافه را در آن افراد ایجاد می‌کند.
ارگانوئید‌های مورد استفاده در این پژوهش، نورون‌های در حال رشد را نشان می‌دهند که معادل نورون‌های موجود در بدن جنین هستند و پیچیدگی نورون‌های بالغ را به طور کامل نشان نمی‌دهند. سوزا افزود پژوهش‌های آینده باید بررسی کنند که چگونه این مکانیسم‌های محافظتی در نورون‌های بالغ و پیر رفتار می‌کنند، زیرا بیماری‌های دژنراتیو که بر این سلول‌ها تأثیر می‌گذارند، معمولا در سنین پایین وجود دارند.