شناخت مغز بسیاری را در سراسر جهان مجذوب و کنجکاو میکند. در این شماره مجله سلول«تمرکز بر علوم اعصاب» پنجاهمین سالگرد، ما محتوای پیشرو را ارائه میدهیم که منعکس کننده پیشرفت این حوزه، برجسته کردن موضوعات نوظهور و هموار کردن راه برای سالهای بسیار بیشتری از تحقیقات هیجانانگیز علوم اعصاب است.
در قلب خود، علوم اعصاب بر مطالعه سیستم عصبی و چگونگی توانمندسازی موجودات زنده برای انجام تقریباً همه کارها، از حس کردن ساده محیط اطراف گرفته تا تنظیم تنفس و طراحی فناوری پیچیده برای کاوش در جهان، تمرکز دارد. در سال ۲۰۲۴، ما بیش از پیش از پیچیدگیهای نحوه عملکرد سیستم عصبی و ادغام آن با سایر جنبههای فیزیولوژی آگاه میشویم.
به مناسبت پنجاهمین سالگرد Cell، مشتاقیم شمارهای را به اشتراک بگذاریم که به گذشته و ایجاد اصول بنیادی در علوم اعصاب میپردازد و موضوعات به سرعت در حال تکامل و به ویژه هیجانانگیزی را در مورد مغز و فراتر از آن به نمایش میگذارد.
علوم اعصاب در قرن بیستم، با الهام از فرمولبندی رامونی کاخال از نورون به عنوان واحد سلولی اساسی مغز، بر درک چگونگی عملکرد و ارتباط نورونها از طریق سیناپسها تمرکز داشت. در اوایل، یک Cell Review که در سال ۱۹۷۴ منتشر شد، این موضوع را با تدوین قوانین قابل تعمیم اتصالات عصبی به تصویر کشید. توسعه درک اساسی از ویژگیهای سلولی و مولکولی نورونها شامل مطالعه پروتئینها و ژنهای خاص نورونی مرتبط با سلامت و بیماری بود. در دهه ۱۹۸۰، Cell اکتشافاتی را منتشر کرد که پریون اسکرپی را به عنوان عامل اتیولوژیک گروهی از اختلالات عصبی کشنده – بیماریهای پریون – و همچنین اصول بیولوژیکی عفونت آن شناسایی میکرد. این مفاهیم امروزه هنوز هم بر درک ما از طیف وسیعتری از اختلالات عصبی که با تجمع پروتئینهای پاتولوژیک مشخص میشوند، تأثیر میگذارند. با دهه ۱۹۹۰، پیشرفتهای بیشتری در مورد مفهوم سببی ژنهای خاص در اختلالات گسترش تکرار ژنتیکی، مانند آتروفی عضلانی نخاعی، سندرم X شکننده و بیماری هانتینگتون حاصل شد. تقریباً در همان زمان و در طول هزاره جدید، شناسایی گیرندههای بو، طعم، لمس و حس، همراه با انبوهی از اکتشافات در مورد ساختارهای کانال یونی، مکانیسمهای انعطافپذیری سیناپسی و ماشینآلات مولکولی همجوشی غشا، اسرار بیشتری از نحوه عملکرد نورونها را آشکار کرد و علوم اعصاب را در Cell برجسته ساخت. در شماره فعلی، مو-مینگ پو ما را با داستانهایی به یاد گذشته میبرد که نشان میدهد چگونه پیشرفتهای این حوزه، پرسشهای پژوهشی جدیدی را مطرح کرده است که با انتخابهای شغلی او و تأسیس برنامههای پژوهشی علوم اعصاب در چین در هم تنیده است.
در طول این مسیر، پیشرفتهای کلیدی فناوری، علوم اعصاب را متحول کردهاند. الکتروفیزیولوژی، با شروع از اندازهگیری پتانسیل عمل آکسون غولپیکر ماهی مرکب، با ثبتها و آمادهسازیهای مختلف خود، امکان مطالعه جامع خواص فیزیولوژیکی نورونها و دخالت آنها در مدارها یا رفتارهای خاص را فراهم کرده است. ظهور اپتوژنتیک بعداً امکان دستکاری دقیق فعالیت نورونی – از طریق بیان کانالهای یونی حساس به نور، پمپها یا آنزیمها در سلولهای هدف خاص – را برای بررسی نقش علی نورونهای خاص در رفتار طبیعی و ناکارآمد فراهم کرد. اخیراً، انقلاب اومیکس، که در ابتدا توسط مطالعات تک سلولی هدایت میشد، و افزایش مقیاس تصویربرداری مغز، دیدگاهی با وضوح بالا و نقشهبرداری از سیستم عصبی در موجودات مدل، انسانها و زمینههای مختلف هموستاتیک، رشد و بیماری را در اختیار ما قرار داد. بر اساس این دیدگاه کاربردیتر و گستردهتر از سیستم عصبی، مطالعه مغز امروزه فراتر از نورونها میرود. درک نقش سایر سلولها، مانند میکروگلیا، آستروسیتها، الیگودندروسیتها، سلولهای مننژی و اندوتلیال، و حتی سلولهای ایمنی محیطی نفوذکننده، پیشرفتهای مفهومی کلیدی در مورد سیستم عصبی مرکزی را به پیش میبرد. در پارانشیم مغز یا در مرزهای مغز، نورونها دائماً با سیستمهای عروقی و ایمنی در ارتباط هستند. در این شماره، تفسیری از کاترینا آکاسوگلو و همکارانش پیشنهاد میکند که یک دیدگاه یکپارچهتر و جامعتر از این رابطها، پتانسیل هموار کردن راه برای اکتشافات اساسی و توسعه درمانهای جدید برای بیماریهای عصبی را دارد. از بین این شرایط، اختلالات عصبی-روانی هنوز مورد مطالعه قرار نگرفتهاند و درمانهای مؤثرتر به شدت مورد نیاز هستند. جاشوا گوردون و همکارانش گذشته و حال علوم اعصاب بیماریهای روانی را بررسی میکنند و زمینه را برای پیشرفتهای درمانی آینده فراهم میکنند.
فراتر از مغز و در امتداد بدن، رابط دیگری وجود دارد که در آن سیستم عصبی محیطی با سایر اندامها و سیستمها تعامل دارد. در سالهای اخیر، دیدگاهی یکپارچه از این ارتباط دو طرفه مغز و بدن، که در آن سیستم عصبی اطلاعاتی را برای تنظیم فیزیولوژی ارگانیسم دریافت میکند، شروع به ظهور کرده است. در این شماره، آسیا رولز و همکارانش شواهد نوظهور را در زمینه سطوح تنظیم موضعی، رفلکسی و مرکزی بررسی میکنند و ما را به چالش میکشند تا ارگانیسم را نه صرفاً به عنوان مجموع اجزای آن، بلکه به عنوان یک سمفونی دقیقاً هماهنگ که توسط سیستم عصبی تنظیم شده است، در نظر بگیریم. از بسیاری جهات، اساس اساسی درد و تأثیر آن بر ارگانیسم، رابط مغز و بدن را نشان میدهد. همکاران ما در Cell Reports Medicine با گسترش جشن پنجاهمین سالگرد علوم اعصاب، یک شماره ویژه با هماهنگی موضوعی را به تحقیقات درد اختصاص دادهاند. درک مغز در نهایت به سیستمها و علوم اعصاب شناختی بستگی دارد تا چگونگی واکنش پویای مناطق مغز، مدارهای عصبی و جمعیتها به رفتارهای خاص و کنترل آنها را تجزیه و تحلیل کنند. چگونگی یادگیری، به خاطر سپردن و ایجاد بازنماییهایی از دنیای بیرون توسط مغز، در طول سالها الهامبخش بسیاری از دانشمندان علوم اعصاب بوده است. اما اکنون، پیشرفتهای متحولکننده در علوم اعصاب محاسباتی، که توسط مدلهای هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی هدایت میشوند، پیشرفت در این زمینهها را تسریع میکنند. مکنزی متیس و همکارانش، در «دیدگاهی» در این شماره، ما را در مورد چگونگی رمزگذاری و رمزگشایی مداوم اطلاعات توسط مغز برای عملکرد و چگونگی کاربرد مدلهای ریاضی نوآورانه که میتواند ما را به رمزگشایی الگوریتمهای محاسباتی مغز نزدیکتر کند، راهنمایی میکنند. برای درک وسیعتر از آنچه هوش مصنوعی میتواند در مورد سیستم عصبی به ما بیاموزد و اینکه چگونه دادههای علوم اعصاب غنی میتوانند به سیستمهای هوش مصنوعی نسل بعدی کمک کنند، این مقاله از Voices را بخوانید که در آن این سؤالات را از متخصصان این حوزه پرسیدهایم.
در طبیعت، هوش چیزی است که به حیوانات اجازه میدهد در طیف وسیعی از شرایط زنده بمانند و رشد کنند. با این حال، درک فعلی ما عمدتاً از رویکردهای تقلیلگرایانهای ناشی شده است که بر رفتارهای بسیار خاص و اغلب مصنوعی متمرکز شدهاند. در یک تفسیر، یارتسف و فورلی توضیح میدهند که چگونه ابزارها و نظریههای نوظهور اکنون مطالعه هوش را در شرایط طبیعیتر امکانپذیر میکنند و اصول زیربنایی رفتار هوشمندانه و یادگیری را در دسترس قرار میدهند. هوش انسان چیزی است که ما را از گونههای نزدیک به هم متمایز میکند، اما چگونه به اینجا رسیدیم؟ چگونه سیستم عصبی حیوانات تکامل یافت تا مغز انسان فوقالعاده پیچیدهای با ساختار و تواناییهای شناختی منحصر به فرد خود ایجاد کند؟ در یک دیدگاه در این شماره، مادلین لنکستر ما را در این سفر تکاملی همراهی میکند و پیشبینی میکند که مکانیسمهای تکامل مغز انسان در آینده نزدیک آشکار شوند. در حالی که در اصل، سوالاتی که علوم اعصاب برای پرداختن به آنها پیشنهاد میکند، همچنان باقی ماندهاند، ابزارها و دیدگاههای جدید، روشهای پرداختن به آنها را تغییر دادهاند. امروزه، علوم اعصاب ارتباط نزدیکتری با سایر زمینهها، از جمله ایمونولوژی، متابولیسم و سرطان، دارد. جایی که مطالعه سیستم عصبی شروع و پایان مییابد، اکنون مبهمتر شده است. با این حال، این ابهام و گسترش، اهمیت علوم اعصاب را کاهش نمیدهد، بلکه به ما کمک میکند تا قدر واقعی سیستم عصبی را به عنوان شبکهای که تقریباً تمام فرآیندهای بیولوژیکی را به هم متصل و هماهنگ میکند، بدانیم. با وجود پیشرفت فنی و مفهومی، دانش ما در مورد نحوه عملکرد سیستم عصبی و چگونگی کاهش آسیب در هنگام بروز مشکل هنوز محدود است. در ۵۰ سال آینده کجا خواهیم بود؟ آیا شروع به باز کردن مغز کردهایم؟ آیا میتوانیم به طور مؤثر شروع اختلالات عصبی ویرانگر را درمان یا حتی از آن جلوگیری کنیم؟ با نگاهی به پیشرفت ۵۰ سال گذشته، فقط میتوانیم باور کنیم که آینده روشن است.
منبع:
Edge L. The expanding world of neuroscience. Cell. 2024 Oct 17;187.