تکنیک جدیدی که فعالیت کل مغز را در یک عکس جا می دهد

زمانی که بحث اندازه گیری فعالیت مغز مدنظر باشد، دانشمندان ابزارهایی در اختیار دارند که نگاهی دقیق به برشی کوچک (کمتر از یک میلی متر مکعب) از مغز می‌اندازد یا تصویر تاری از منطقه بزرگتری از مغز به دست می‌دهد. اینک پژوهشگران دانشگاه راکفلر تکنیک جدیدی را توصیف کرده‌اند که بهترین ویژگی های هر دو روش را ترکیب می‌کند – تکنیکی که تصویری دقیق از فعالیت کلی مغز موش ثبت می‌کند.

نویسنده این مقاله، نیکلاس رنی یر، محقق پست دکتری در دانشگاه راکفلر می‌گوید: "می‌خواستیم تکنیکی طراحی کنیم که سطح فعالیت را با دقتی در حد تک نورون‌ها اما در مقیاسی در حد کل مغز نشان دهد."

این تکنیک جدید که در نشریه Cell توصیف شده است تصویری از همه نورون‌های فعال در مغز در یک زمان خاص می‌گیرد. مغز موش شامل میلیون‌ها نورون است و تصویری عادی فعالیت حدود یک میلیون نورون را نشان می‌دهد. یکی از نویسندگان مقاله می گوید "هدف تکنیک مطرح شده تسهیل درک ما از چگونگی کارکرد مغز است."

شفاف کردن مغز

الیزا آدامز دانشجوی تحصیلات تکمیلی در راکفلر و از نویسندگان مقاله می‌گوید: "به خاطر ذات تکنیکی که طراحی کرده‌ایم، نمی‌توانیم فعالیت مغز زنده را در طول زمان تصویربرداری کنیم فقط می‌توانیم نورون‌هایی را ببینیم که در زمان گرفتن تصویر فعال بوده‌اند. آنچه در این مصالحه به دست می‌آوریم تصویری جامع از بیشتر نورون های مغز و توانایی مقایسه محکم و بدون سوگیری جمعیت‌های نورونی فعال در این تصاویر است."

این ابزار چطور کار می‌کند: پژوهشگران موش را در موقعیتی قرار می‌دهند که فعالیت مغزی متفاوتی ایجاد کند، مثل مصرف داروی ضد روانپریشی، مالیدن سبیل به جسم ناشناخته برای بررسی آن، یا مراقبت از یک نوزاد. سپس بعد از یک وقفه، اندازه‌گیری انجام می‌شود. رنی یر توضیح می‌دهد این وقفه مهم است چون این تکنیک فعالیت نورونی را از طریق تبدیل ژن‌های نورونی به پروتئین به طور غیر مستقیم اندازه می‌گیرد که این فرآیند حدود سی دقیقه طول می‌کشد.

محققان سپس با نسخه بهبود یافته پروتکلی به نام iDISCO مغز را شفاف می‌کنند و آن را با کمک یک تکنیک میکروسکوپی ترسیم می‌کنند که این کار تصویری سه بعدی از همه نورون‌های فعال بدست می‌دهد.

برای تعیین مکان یک نورون فعال در مغز، کریستوف کرست، محقق مرکز مطالعات فیزیک و بیولوژی راکفلر نرم افزاری برای تشخیص نورون‌های فعال و ترسیم تصویر آنها روی اطلس مغز موش (متعلق به موسسه مغز آلن) طراحی کرده است.
رنی یر می‌گوید گرچه هر تصویر فعالیت مغزی به شکل معمول شامل حدود یک میلیون نورون فعال است، اگر پژوهشگران یک تصویر را با دیگری مقایسه کنند می‌توانند حجم انبوهی از داده‌ها را نسبتا سریع غربال کنند. با حذف نورون‌هایی که در هر دو تصویر فعال هستند پژوهشگران به نورون‌هایی که به طور اختصاصی در هر تصویر فعال است دست می‌یابند.

مشاهده و آزمایش اینکه مغز چطور کار می‌کند

رنی یر اضافه می‌کند هدف اصلی این ابزار کمک به پژوهشگران برای ساختن فرضیه‌هایی درباره کارکردهای مغز است که بعدا در آزمایش‌های دیگر می‌توان آنها را بررسی کرد. به عنوان مثال، با استفاده از این تکنیک جدید و در همکاری با کترین دوولاک و دانشمندان دیگر در هاروارد محققان مشاهده کردند وقتی موش بالغ با یک نوزاد مواجه می شود بخشی از مغز که در فرزند پروری (parenting) فعال است و medial pre-optic nucleus(MPO) نام دارد فعال می‌شود. آنها همچنین مشاهده کردند که بعد از فعال شدن منطقه MPO فعالیت کمتری در cortical amygdala – منطقه ای که پاسخ های پرخاشگرانه را کنترل می‌کند - وجود دارد و این منطقه با MPO در ارتباط مستقیم است.

رنی یر می گوید "فرضیه ما این است که نورون‌های فرزند پروری ترمزی بر فعالیت منطقه ترس هستند که می‌تواند پاسخ‌های تهاجمی موش‌ها نسبت به نوزادان را سرکوب کند." در واقع موش هایی که نسبت به نوزادن تهاجمی‌تر هستند فعالیت بیشتری در cortical amygdala نشان می‌دهند.

رنی یر می‌گوید قدم بعدی برای آزمون این فرضیه این است که فعالیت این منطقه از مغز را مسدود کنیم تا ببینیم آیا پرخاشگری در موش‌ها کاهش میابد یا نه؟

او اضافه می‌کند این تکنیک تلویحاتی فراتر از دیدن مناطقی از مغز موش که در موقعیت‌های مختلف فعال است دارد. از این تکنیک می‌توان برای ترسیم فعالیت مغزی در پاسخ به هرگونه فعالیت زیستی مثل پخش شدن دارو یا بیماری یا حتی بررسی چگونگی تصمیم‌گیری در مغز استفاده کرد. رنی یر می‌گوید می‌توانید از یک استراتژی واحد برای مکان یابی هرچه در مغز موش می‌خواهید استفاده کنید.