كتب – باسل يوسف:
تمكن العلماء من تحديد شكل فريد من أشكال الرسائل الخلوية التي تحدث في الدماغ البشري، ما يكشف أن أدمغتنا قد تكون وحدات حسابية أقوى مما كنا ندرك.
في عام 2020، أبلغ باحثون من معاهد في ألمانيا واليونان عن آلية في الخلايا القشرية الخارجية للدماغ تنتج إشارة “مدرجة” جديدة من تلقاء نفسها، وهي الآلية التي يمكن أن توفر للخلايا العصبية الفردية طريقة أخرى لأداء وظائفها المنطقية.
من خلال قياس النشاط الكهربائي في أقسام الأنسجة التي أُزيلت أثناء جراحة خضع لها مرضى الصرع، وتحليل بنيتها باستخدام المجهر الفلوري، وجد علماء الأعصاب أن الخلايا الفردية في القشرة تستخدم ليس فقط أيونات الصوديوم المعتادة “للإطلاق”، ولكن الكالسيوم أيضًا.
أطلق هذا المزيج من الأيونات المشحونة إيجابيا موجات من الجهد لم يسبق رؤيتها من قبل، يشار إليها باسم إمكانات الفعل الشجرية بوساطة الكالسيوم، أو dCaAPs.
المخ والترانزستور
غالبًا ما تُقارن الأدمغة – وخاصة تلك التي تنتمي إلى النوع البشري – بأجهزة الكمبيوتر. القياس له حدوده، ولكن على بعض المستويات تؤدي المهام بطرق مماثلة.
يستخدم كلاهما قوة الجهد الكهربائي للقيام بعمليات مختلفة. في أجهزة الكمبيوتر يكون ذلك في شكل تدفق بسيط إلى حد ما للإلكترونات عبر التقاطعات تسمى الترانزستورات.
في الخلايا العصبية، تكون الإشارة في شكل موجة من القنوات المفتوحة والمغلقة التي تتبادل الجسيمات المشحونة مثل الصوديوم والكلوريد والبوتاسيوم. تسمى هذه النبضة من الأيونات المتدفقة إمكانات الفعل.
بدلاً من الترانزستورات، تدير الخلايا العصبية هذه الرسائل كيميائيًا في نهاية الفروع تسمى التشعبات.
يقول عالم الأعصاب ماثيو لاركوم من جامعة هومبولت لوالتر بيكويث في الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم “التغصنات العصبية تشكل عنصراً أساسياً في فهم الدماغ لأنها تشكل جوهر ما يحدد القوة الحسابية للخلايا العصبية الفردية”.
التغصنات العصبية هي إشارات المرور لنظامنا العصبي. إذا كانت إمكانية الفعل كبيرة بما يكفي، فيمكن تمريرها إلى أعصاب أخرى، والتي يمكنها حجب الرسالة أو تمريرها.
هذه هي الأسس المنطقية لدماغنا – تموجات الجهد التي يمكن توصيلها بشكل جماعي في شكلين: إما رسالة AND (إذا تم تشغيل x و y، يتم تمرير الرسالة)؛ أو رسالة OR (إذا تم تشغيل x أو y، يتم تمرير الرسالة).
يمكن القول إن هذا الأمر أكثر تعقيدًا في أي مكان من القسم الخارجي الكثيف والمتجعد من الجهاز العصبي المركزي البشري؛ القشرة المخية. إن الطبقات الثانية والثالثة الأعمق سميكة بشكل خاص، ومليئة بالفروع التي تؤدي وظائف عالية المستوى نربطها بالإحساس والفكر والتحكم الحركي.
وألقى الباحثون نظرة فاحصة على أنسجة هذه الطبقات، بعد توصيل الخلايا بجهاز يسمى المشبك الرقعي الجسدي الشجري لإرسال إمكانات نشطة لأعلى ولأسفل كل خلية عصبية، وتسجيل إشاراتها.
ولضمان عدم كون أي اكتشافات فريدة للأشخاص المصابين بالصرع، فقد أعادوا التحقق من نتائجهم في مجموعة من العينات المأخوذة من أورام المخ.
وبينما أجرى الفريق تجارب مماثلة على الفئران، كانت أنواع الإشارات التي لاحظوها تطن عبر الخلايا البشرية مختلفة تمامًا.
والأمر الأكثر أهمية هو أنه عندما قاموا بحقن الخلايا بحاصرات قنوات الصوديوم تسمى التترودوتوكسين، ما زالوا يجدون إشارة. فقط عن طريق حجب الكالسيوم هدأ كل شيء.
إن العثور على إمكانات فعل بوساطة الكالسيوم أمر مثير للاهتمام بدرجة كافية. ولكن نمذجة الطريقة التي يعمل بها هذا النوع الجديد الحساس من الإشارات في القشرة المخية كشفت عن مفاجأة.
بالإضافة إلى وظائف AND وOR المنطقية، يمكن لهذه الخلايا العصبية الفردية أن تعمل كتقاطعات “حصرية” لـ OR (XOR)، والتي تسمح فقط بإشارة عند تصنيف إشارة أخرى بطريقة معينة.
كتب الباحثون: “تقليديًا، كان يُعتقد أن عملية XOR تتطلب حلًا شبكيًا”.
هناك حاجة إلى المزيد من العمل لمعرفة كيف تتصرف dCaAPs عبر الخلايا العصبية بأكملها، وفي نظام حي. ناهيك عما إذا كان هذا شيئًا بشريًا، أو ما إذا كانت آليات مماثلة قد تطورت في أماكن أخرى في مملكة الحيوان.
تتطلع التكنولوجيا أيضًا إلى نظامنا العصبي للحصول على الإلهام حول كيفية تطوير أجهزة أفضل؛ معرفة خلايانا الفردية لديها المزيد من الحيل في أكمامها يمكن أن يؤدي إلى طرق جديدة لربط الترانزستورات.
كيف تترجم هذه الأداة المنطقية الجديدة المضغوطة في خلية عصبية واحدة إلى وظائف أعلى هو سؤال يجب على الباحثين في المستقبل الإجابة عنه.
نُشر البحث في مجلة ساينس.
اقرأ أيضا:
