تم الكشف عن الطبقات الخلوية المخفية في مركز ذاكرة الدماغ

حدد الباحثون في معهد مارك وماري ستيفنز للتصوير العصبي والمعلوماتية (Stevens INI) في كلية كيك للطب بجامعة جنوب كاليفورنيا نمطًا غير معروف سابقًا من التنظيم في واحدة من أهم مناطق الدماغ للتعلم والذاكرة.

الدراسة التي نشرت فياتصالات الطبيعة,يكشف أن منطقة CA1 في قرن آمون الفأر، وهي بنية حيوية لتكوين الذاكرة، والملاحة المكانية، والعواطف، تحتوي على أربع طبقات متميزة من أنواع الخلايا المتخصصة.

يغير هذا الاكتشاف فهمنا لكيفية معالجة المعلومات في الدماغ ويمكن أن يفسر سبب كون بعض الخلايا أكثر عرضة لأمراض مثل مرض الزهايمر والصرع.

كيف يتم تنظيم منطقة CA1

قال مايكل إس بينكوفسكي، دكتوراه، كبير مؤلفي الدراسة وأستاذ مساعد في علم وظائف الأعضاء وعلم الأعصاب والهندسة الطبية الحيوية: “لقد اشتبه الباحثون منذ فترة طويلة في أن أجزاء مختلفة من منطقة CA1 في الحصين تتعامل مع جوانب مختلفة من التعلم والذاكرة، لكن لم يكن من الواضح كيف تم ترتيب الخلايا الأساسية”.

“تظهر دراستنا أن الخلايا العصبية CA1 منظمة في أربعة نطاقات رفيعة ومتواصلة، يمثل كل منها نوعًا مختلفًا من الخلايا العصبية المحددة بواسطة توقيع جزيئي فريد. هذه الطبقات ليست ثابتة في مكانها؛ بدلاً من ذلك، فإنها تتحرك بمهارة وتتغير في السُمك على طول الحصين.

“يعني هذا النمط المتغير أن كل جزء من CA1 يحتوي على مزيج به من أنواع الخلايا العصبية، مما يساعد في تفسير سبب دعم المناطق المختلفة لسلوكيات مختلفة. وقد يوضح هذا أيضًا سبب كون بعض الخلايا العصبية CA1 أكثر عرضة للخطر في حالات مثل مرض الزهايمر والصرع: إذا كان المرض يستهدف نوع خلية من طبقة واحدة، فإن التأثيرات ستختلف اعتمادًا على المكان الأكثر بروزًا في تلك الطبقة في CA1.”

التصوير المتقدم يكشف تفاصيل جديدة

باستخدام طريقة قوية لتصنيف الحمض النووي الريبوزي (RNA) تسمى RNAscope مع التصوير المجهري عالي الدقة، التقط الفريق لقطات واضحة للتعبير الجيني لجزيء واحد لتحديد أنواع خلايا CA1 داخل أنسجة دماغ الفأر. ومن ضمن 58.065 خلية هرمية CA1، ت وا أكثر من 330.000 جزيء RNA – وهي الرسائل الجينية التي توضح متى وأين يتم تشغيل الجينات.

من خلال تتبع أنماط النشاط هذه، أنشأ الباحثون خريطة تفصيلية توضح الحدود بين أنواع مختلفة من الخلايا العصبية عبر منطقة CA1 في الحصين.

وأظهرت النتائج أن منطقة CA1 تتكون من أربع طبقات متواصلة من الخلايا العصبية، تتميز كل منها بمجموعة متميزة من الجينات النشطة. في ة ثلاثية الأبعاد، تشكل هذه الطبقات صفائح تختلف قليلًا في سمكها وبنيتها على طول الحصين. يساعد هذا النمط الواضح ذو الطبقات على فهم الدراسات السابقة التي رأت أن المنطقة عبارة عن مزيج أكثر تدرجًا أو فسيفساء من أنواع الخلايا.

قال ماريكارمن باتشيكانو، باحث الدكتوراه في مركز ستيفنز INI للوصلات التكاملية والمؤلف الأول المشارك في الورقة: “عندما ت نا أنماط الحمض النووي الريبوزي الجيني بدقة الخلية الواحدة، تمكنا من رؤية خطوط واضحة، مثل الطبقات الجيولوجية في الصخور، كل منها يمثل نوعًا مميزًا من الخلايا العصبية”.

“إن الأمر يشبه رفع الحجاب عن البنية الداخلية للدماغ. هذه الطبقات المخفية قد تفسر الاختلافات في كيفية القيام بذلك دوائر الحصين دعم التعلم والذاكرة.”

الآثار المترتبة على المرض والبحوث المستقبلية

يعد الحصين من بين المناطق الأولى التي تتأثر بمرض الزهايمر وهو متورط أيضًا في الصرع والاكتئاب والحالات العصبية الأخرى. ومن خلال الكشف عن البنية الطبقية للـ CA1، توفر الدراسة خارطة طريق للتحقيق في أنواع الخلايا العصبية المحددة الأكثر عرضة لهذه الاضطرابات.

قال آرثر توجا، مدير معهد ستيفنز INI وكرسي غادة إيراني في علم الأعصاب في كلية كيك للطب بجامعة جنوب كاليفورنيا: “إن مثل هذه الاكتشافات تمثل مثالاً على كيف يمكن للتصوير الحديث وعلوم البيانات أن تغير نظرتنا إلى تشريح الدماغ”.

“يعتمد هذا العمل على تقليد معهد ستيفنز INI الطويل المتمثل في رسم خرائط للدماغ على كل نطاق، من الجزيئات إلى الشبكات بأكملها، وسيُبلغ كلاً من علم الأعصاب الأساسي والدراسات الانتقالية التي تستهدف الذاكرة والإدراك.”

الجديد أطلس نوع الخلية CA1، الذي تم إنشاؤه باستخدام بيانات من أطلس التعبير الجيني الحصين (HGEA)، متاح مجانًا لمجتمع البحث العالمي. تتضمن مجموعة البيانات ت ات تفاعلية ثلاثية الأبعاد يمكن الوصول إليها من خلال تطبيق الواقع المعزز Schol-AR، الذي تم إنشاؤه في معهد ستيفنز INI، والذي يسمح للعلماء باستكشاف طبقات الحصين بتفاصيل غير مسبوقة.

ولأن هذا النمط الطبقي في الفئران يشبه ما شوهد في أدمغة الرئيسيات والبشر – بما في ذلك كيفية تغير سمك منطقة CA1 – يعتقد الباحثون أنها قد تكون سمة مشتركة في العديد من أدمغة الثدييات. وفي حين أن حاجة لدراسات إضافية لتأكيد هذا التنظيم لدى البشر، فإن النتائج توفر أساسًا واعدًا للأبحاث المقارنة والانتقالية المستقبلية حول كيفية القيام بذلك العمارة الحصين يدعم الذاكرة والإدراك.

وقال بينكوفسكي: “إن فهم كيفية ارتباط هذه الطبقات بالسلوك هو الحدود التالية”. “لدينا الآن إطار لدراسة كيفية مساهمة طبقات عصبية محددة في وظائف مختلفة مثل الذاكرة والملاحة والعاطفة، وكيف يمكن أن يؤدي تعطيلها إلى المرض.”