دانشمندان از مینی مغزهای کشت شده، امواج مغزی شبیه مغز انسان، ثبت می کنند

آلیسون مووتری (Alysson Muotri)، زیست شناس در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو می گوید: “سطح فعالیت عصبی که می بینیم در شرایط آزمایشگاهی بی سابقه است.” “ما یک قدم نزدیکتریم تا مدلی داشته باشیم که در واقع بتواند  مراحل اولیه ی یک شبکه عصبی پیشرفته را تولید کند.”

مغزهای با اندازه نخود، به نام ارگانوئیدهای مغزی (cerebral organoids)، از سلولهای بنیادی پرتوان انسان مشتق می شوند. سلولهای بنیادی با قرار دادن آنها در محیط کشت، که از محیط رشد و توسعه ی مغز تقلید شده است، به انواع مختلف سلولهای مغزی متمایز می شوند و خود را در یک ساختار سه بعدی شبیه به مغز در حال توسعه ی انسان، سازمان دهی می کنند.

مینی مغزها به طور معمول از سلولهای پوستی انسان رشد می کنند که به نوعی یک سلول جادویی محسوب می شوند، به نام سلول های بنیادی پرتوان (IPS). با تمایز بیشتر، سلولهای IPS می توانند به هر نوع سلول بدن از جمله سلولهای مغزی تبدیل شوند.

این مینی مغزها پیچیده هستند. آنها دارای سلولهای عصبی پیام دهنده و سلولهای گلیال می باشند، که از آنها پشتیبانی می کند.

دانشمندان با موفقیت، ارگانوئیدها را با ساختارهای سلولی مشابه مغز انسان، رشد داده اند. با این حال، هیچ یک از مدل های قبلی شبکه های عصبی عملکردی، شبیه به انسان را توسعه نداده بودند. شبکه ها وقتی بالغ می شوند و نورون ها با هم ارتباط برقرار می کنند، فعالیت های مغزی ایجاد می شوند.

مووتری می گوید: “شما می توانید ارگانوئیدهای مغزی را برای چندین منظور مورد استفاده قرار دهید، از جمله درک چگونگی رشد عصبی طبیعی انسان، مدل سازی بیماری ها، تکامل مغز، غربالگری داروها و حتی برای اهداف مربوط به هوش مصنوعی.”

Muotri و همکارانش یک روش بهتر برای رشد سلولهای بنیادی از جمله بهینه سازی فرمول محیط کشت طراحی کردند. این تنظیمات باعث شده اند که ارگانوئیدهای آنها نسبت به مدلهای قبلی بالغ تر باشند. این تیم به مدت 10 ماه صدها ارگانوئید را رشد دادند و از چند الکترود برای نظارت بر فعالیت های عصبی آنها استفاده کردند.

آن ها حدود دو ماه به تشخیص امواج مغزی از ارگانوئیدها، پرداختند. سیگنالها پراکنده بودند و فرکانس یکسانی داشتند، الگویی که در مغزهای بسیار نابالغ انسان دیده می شود. هرچه ارگانوئیدها به رشد خود ادامه دادند، آنها در فرکانسهای مختلف، امواج مغزی تولید می کردند و سیگنال ها مرتبتر ظاهر می شدند. این نشان می دهد که ارگانوئیدها شبکه های عصبی خود را توسعه داده اند.

مووتری می گوید: “این فرآیند، نتیجه ی داشتن سیناپس های کاربردی تر است، و شما در حال ایجاد ارتباط بیشتر بین نورون ها هستید. فعل و انفعالات بین نورون ها منجر به ایجاد سیگنال در فرکانس های مختلف می شود.”

برای مقایسه الگوهای موج مغزی ارگانوئیدها، با مغز انسان در مراحل اولیه ی رشد، این تیم الگوریتم یادگیری ماشین را با امواج مغزی ضبط شده از 39 نوزاد نارس بین شش تا نه ماه و نیم آموزش دادند. این الگوریتم قادر به پیش بینی چند هفته ارگانوئیدها در محیط کشت است، که نشان می دهد این ارگانوئیدها و مغز انسان مسیر رشد مشابهی دارند.

مووتری می گوید، اما به احتمال زیاد این ارگانوئیدها فعالیت های ذهنی مانند آگاهی ندارند.“ارگانوئید هنوز الگویی تکامل نیافته است – ما بخش ها و ساختارهای مغزی زیادی نداریم. بنابراین ممکن است این امواج مغزی هیچ ارتباطی با فعالیت های مغزی واقعی نداشته باشند.”

مووتری می گوید: “ممکن است که در آینده چیزی را بدست آوریم که واقعاً نزدیک به سیگنالهایی در مغز انسان باشد که رفتارها، افکار یا حافظه را کنترل می کنند.”

با نگاه به جلو، هدف این تیم بهبود بیشتر ارگانوئیدها و استفاده از آنها برای درک بیماریهای مرتبط با نقص شبکه عصبی مانند اوتیسم، صرع و اسکیزوفرنی است.

موتوری می گوید: “ما به عنوان یک دانشمند می خواهیم به مغز انسان نزدیکتر و نزدیک تر شویم. در این صورت است که می توانیم  با یافتن درمان های قطعی تر و با کیفیت بهتر، به افرادی که از اختلالات عصبی رنج می برند، کمک کنیم. 

برای اطلاعات بیشتر در مورد اختلالات عصبی، روش های نوین تشخیص و بهبود، به موسسه سلامت مغز دانا مراجعه کنید.