مهم‌ترین اکتشافات نوروساینس و دانش مغز در سال گذشته میلادی (۲۰۲۳)
مغز انسان مدتهاست که به عنوان یک راز بزرگ باقی مانده است. یکی از قوی ترین اندام ها است که قادر به فکر کردن، نگهداری حافظه و یادگیری است. اما دانشمندان با کشف دقیق نحوه انجام این شاهکارهای باورنکردنی دست و پنجه نرم کرده اند. خبر خوب این است که هر سال مطالعات بیشتر و بیشتری برای افزایش درک ما از این سیستم پیچیده انجام می شود. و دانشمندان بیش از هر زمان دیگری در مورد مغز مشغول کشف کردن هستند. هر ماه، محققان ده‌ها یافته جدید را منتشر می‌کنند که هر یک به کشف اسراری که مدت‌ها پیش از علم دور بوده کمک می‌کند. ما آخرین ژورنال های علوم اعصاب را مرور کردیم و پنج مورد از بهترین اکتشافات مغز در سال ۲۰۲۳ را در ادامه برای شما آورده ایم.
کشف شبکه مغزی مرتبط با تنفس
دانشمندان علوم اعصاب یک قدم به درک چگونگی تأثیر تنفس بر شبکه های عصبی در مغز نزدیکتر شده اند.
تنفس یک فرآیند فیزیولوژیکی اساسی است. مغز تنفس را به همان روشی کنترل می کند که سایر عملکردهای خودکار را کنترل می کند. و دانشمندان مقدار قابل توجهی در مورد چگونگی تأثیر تنفس بر مغز می دانند. آنها می دانند که ساقه مغز نحوه تنفس شما را کنترل می کند. و این تنفس فعالیت عصبی را در مناطق مختلف مغز تعدیل می کند. اما میزان دقیق آن کنترل عصبی تا حد زیادی ناشناخته بود.
دانشمندان برای ردیابی تنفس و عملکرد عصبی بر اسکن های fMRI تکیه کردند. اما در تشخیص این که آیا فعالیت عصبی به دلیل تنفس یا نوسانات طبیعی C02 و حرکت بدن است، مشکل داشتند.
یک مطالعه جدید توسط نانیین ژانگ، سندلی لوید و دوروتی فوهر هاک در تصویربرداری مغز و مدیر مرکز تحقیقات سلامت روانی در زمینه نوروتکنولوژی در پن استیت، یک شبکه تنفسی را در مغز کشف کرد. برای اولین بار، آنها قادر به ترسیم پاسخ های عصبی در سراسر مغز شدند که توسط تنفس تعدیل می شد. اساساً، آنها می توانند دقیقاً تعیین کنند که چگونه الگوهای تنفسی می توانند مستقیماً بر فعالیت عصبی تأثیر بگذارند.
در حالی که دانشمندان می‌دانستند که تنفس می‌تواند حالت عاطفی شما را تغییر دهد، و بالعکس، مکانیسم‌های دقیقی که در مغز اتفاق می‌افتد هنوز مبهم بود. با جفت کردن فناوری fMRI با الکتروفیزیولوژی، آنها امیدوارند که بیشتر مطالعه کنند که چگونه تنفس می تواند فعالیت عصبی را در اعمالی مانند تنفس عمیق، مدیتیشن و موارد دیگر تعدیل کند.
مکانیسم حافظه ماهیچه ای
مغز انسان اطلاعات را برای انجام کارهای ماهرانه “جمع و باز” می کند.
یک مطالعه جدید مکانیسم اساسی “حافظه ماهیچه ای” را کشف کرد. مغز به جای اینکه یک فعالیت را به عنوان یک کل به خاطر بسپارد، در واقع هر حرکت فردی را قبل از اینکه آنها را با هم به ترتیب صحیح عملیات “جمع” کند، باز نگه می دارد تا کار را کامل کند. قبل از این کشف، عصب شناسان معتقد بودند که مغز فعالیت ها و وظایف را به عنوان یک رفتار منسجم ذخیره می کند.
آنها همچنین کشف کردند که مغز اجزای خاصی از این اعمال را در نواحی حرکتی مختلف مغز ذخیره می کند. مغز بیشتر وظایف را به ترتیب و با زمان بندی جدا می کند و سپس زمانی که زمان انجام کار فرا می رسد آنها را با هم ترکیب می کند.
محققان بر این باورند که ذخیره این عناصر به صورت جداگانه و بررسی آنها قبل از اجرای حرکات، انعطاف پذیری بیشتری را فراهم می کند. زمانی که هنگام انجام فعالیت، که در این تحقیق در مورد فشار دادن انگشت بود، یکسان بود، شرکت کنندگان زمان آسان تری برای یادگیری رویه های جدید داشتند. اما یادگیری یک فعالیت شناخته شده با زمان بندی جدید دشوارتر بود. آنها امیدوارند این کشف به طراحی درمان های جدید برای بیماران سکته مغزی و سایر آسیب های مغزی کمک کند.
کشف سلول های ایمنی آلزایمر
یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که سلول‌های T نقش کلیدی در تخریب عصبی مرتبط با پروتئین تاو دارند، یافته‌ای که استراتژی‌های درمانی جدیدی را برای آلزایمر و بیماری‌های مرتبط پیشنهاد می‌کند.
چندین آزمایش بالینی در حال بررسی نقش سلول‌های ایمنی در آلزایمر و سایر بیماری‌های دژنراتیو عصبی هستند. بسیاری از مطالعات بر روی میکروگلیا برای درمان تمرکز می کنند، زیرا آنها سلول های ایمنی مغز هستند. اگر در زمان نامناسب یا به روش اشتباه فعال شوند، به جای محافظت از مغز، در واقع می توانند به سلول های عصبی آسیب برسانند. محققان دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس دریافتند که تخریب عصبی زمانی اتفاق می‌افتد که میکروگلیا با سلول‌های T شریک شود. سلول های T سلول های ایمنی قدرتمندی هستند که برای حمله و کشتن ذرات خارجی طراحی شده اند.
بیماران مبتلا به آلزایمر دارای تعداد زیادی سلول T در مغز خود هستند. اما دانشمندان متوجه نشدند که چرا این تعداد افزایش یافته به تخریب عصبی کمک می کند. یک مطالعه جدید با تمرکز بر تخریب عصبی مرتبط با تاو در موش ها نشان داد که وقتی مغز از ورود سلول های T جلوگیری می کند، آن ها می توانند از تخریب عصبی جلوگیری کنند.
تاو پروتئینی است که به تثبیت سلول های عصبی در مغز کمک می کند. با این حال، مقدار بیش از حد آن پروتئین میکروگلیا را فعال می کند، که سپس سلول های T را به سمت مغز جذب می کند تا با تجمع آن مبارزه کند. در یک نقطه خاص، این تجمع همچنین شروع به جمع آوری تاو می کند و در آن زمان است که بیماری شروع به پیشرفت قابل توجهی می کند.
دکتر Xiaoying Chen، استاد عصب‌شناسی و اولین نویسنده این مطالعه، چهار گروه مورد مطالعه از موش‌ها را بررسی کرد. دو گروه اول تجمع بتا آمیلوئید داشتند، سومی تجمع تاو داشت و چهارمی گروه با مغز سالم بود. گروه سوم دارای بیشترین تخریب عصبی و همچنین دارای بالاترین سطح سلول های T در مغز بودند. علاوه بر این، غلظت سلول های T در جایی که تخریب عصبی رخ داده بود، بالاترین میزان بود. این مطالعه نشان داد که وقتی آنها از ورود سلول های T به مغز جلوگیری کردند، از بیشتر تخریب عصبی جلوگیری کردند. محققان مشتاق هستند به مطالعه ادامه دهند که این روش چگونه می تواند به جلوگیری از آسیب رساندن به مغز در بیماری مرتبط با پروتئین تاو کمک کند.
نورون های رشد یافته در آزمایشگاه
محققان دانشگاه نورث وسترن با موفقیت نورون های بالغ را از سلول های بنیادی پلوری‌پوتنت القایی انسان (iPSCs) ایجاد کردند. این اولین باری است که آنها توانسته اند این نورون های کاملا بالغ را ایجاد کنند. پیش از این، آنها می توانستند از سلول های بنیادی نورون ایجاد کنند، اما نابالغ بودند و استفاده از آنها در بسیاری از مداخلات درمانی دشوار بود.
تیم تحقیقاتی iPSCها را گرفتند و از یک تکنیک موفقیت آمیز استفاده کردند که سال گذشته توسط پروفسور دانشگاه Northwestern دکتر Samuel I. Stupp کشف شد و معروف به “مولکول های رقصنده” بود . سپس آنها را با نانوالیاف مصنوعی پوشش دادند. این فرآیند یک نورون بالغ را ایجاد کرد که مانند نورون‌های نابالغ که قبلاً از سلول‌های بنیادی استفاده می‌کردند، جمع نمی‌شد. حتی هیجان‌انگیزتر، این نورون‌های جدید نه تنها بالغ‌تر بودند، بلکه قابلیت‌های سیگنال دهی و انشعاب بهتری را نیز نشان می‌دادند. این باعث می شود آنها بیشتر در مغز ادغام شوند و ارتباطات سیناپسی بیشتری ایجاد کنند.
محققان در حال آزمایش راه های جدیدی برای اعمال یافته های خود هستند. یکی از حوزه‌های تمرکز از سلول‌های پوست بیمار استفاده می‌کند، آنها را به iPSC تبدیل می‌کند و از آنها برای درمان آسیب‌های نخاعی و اختلالات عصبی استفاده می‌کند. علاوه بر تحقیق در مورد پروتکل‌های درمانی جدید، محققان می‌توانند از این سلول‌های بالغ برای شبیه‌سازی بیماری‌های دژنراتیو نیز استفاده کنند تا بررسی کنند که چگونه می‌توان از آنها در آینده پیشگیری کرد.
تنظیم امواج مغزی برای یادگیری
تحقیقات نشان می دهد که تنظیم ریتم امواج مغزی باعث افزایش سرعت یادگیری در بزرگسالان می شود.
تحقیقات دانشگاه کمبریج نشان می‌دهد که نه تنها هر مغزی الگوی ریتم منحصربه‌فردی دارد، بلکه تنظیم بر روی آن طول موج‌ها به طور چشمگیری یادگیری را بهبود می‌بخشد. این اولین بار است که یک مطالعه یادگیری را با الگوهای امواج مغزی خاص و فردی هماهنگ می کند.
در این مطالعه از الکتروانسفالوگرافی یا دستگاه EEG برای تنظیم الگوهای امواج مغزی طبیعی شرکت‌کنندگان و یافتن حداکثر عملکرد موج آلفای آنها استفاده شد. امواج آلفا فرکانسی هستند که مغز شما در بیداری و آرامش در آن قرار دارد. مطالعات نشان می دهد که اینجاست که احساس آرامش و خلاقیت می کنید.
قبل از ارائه موارد آموزشی جدید، آنها به شرکت کنندگان یک الگوی پالس ۱.۵ ثانیه ای نشان دادند تا مغزشان را با الگوهای امواج مغزی مختلف تنظیم کنند. این فرآیند “حباب” نامیده می شود. آنها برخی از فرکانس های عملکرد اوج، عملکرد پایین برخی دیگر و الگوهای تصادفی برخی دیگر را ارائه کردند. سپس شرکت کنندگان باید بیش از ۸۰۰ تسک شناختی را تکمیل می کردند. افرادی که با امواج مغزی اوج عملکرد هماهنگ شده بودند، سه برابر سریع‌تر از همه گروه‌های دیگر عمل کردند.
محققان بر این باورند که این یافته‌های جدید می‌توانند با افزایش سن افراد به حفظ نوروپلاستیسیته کمک کرده و یادگیری مادام‌العمر را تشویق کنند. در حالی که این مطالعه بر ادراک بصری متمرکز بود، محققان معتقدند این رویکرد می تواند مهارت های حرکتی و حتی یادگیری شنیداری را افزایش دهد. حتی ابزارهای هیجان‌انگیزتر و کم تهاجمی‌تر مانند هدبند می‌توانند نتایج مشابهی را خارج از محیط‌های بالینی ایجاد کنند.
