برای اولین بار محققان، نحوه عملکرد مغز در دریافت و پردازش پیام‌های ارسالی از سیستم حسی اندام‌های داخلی را ثبت کرده و نمایش دادند.
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، بسیاری از ما اغلب به این فکر می‌کنیم که چرا بعد از خوردن یک وعده غذایی بزرگ در تعطیلات احساس سیری خوشایندی می‌کنیم، چرا پس از استنشاق تصادفی دود آتش کمی بعد شروع به سرفه می‌کنیم، یا اینکه چرا پس از خوردن چیزی سمی دچار حالت تهوع ناگهانی می‌شویم. با این حال، چنین احساساتی برای بقا بسیار مهم هستند: آنها به ما می‌گویند که بدن ما در هر لحظه به چه چیزی نیاز دارد تا بتوانیم به سرعت رفتار خود را تنظیم کنیم. با این حال، از نظر تاریخی، تحقیقات بسیار کمی به درک این احساسات اولیه بدن، که به عنوان حواس داخلی نیز شناخته می‌شوند، اختصاص داده شده است که در واقع وقتی مغز ورودی‌های اندام‌های داخلی را دریافت و تفسیر می‌کند، ایجاد می‌شوند. اکنون، تیمی به سرپرستی محققان دانشکده پزشکی هاروارد، گام‌های جدیدی در درک زیست‌شناسی اساس حس کردن اندام‌های داخلی برداشته‌اند که شامل یک آبشار پیچیده از ارتباط بین سلول‌های داخل بدن است. یافته‌های این مطالعه که روی موش‌ها انجام شد، در 31 اوت در Nature منتشر شد.
در این مطالعه، تیم برای نشان دادن نقشه‌های فضایی از نحوه واکنش نورون‌های ساقه مغز به بازخورد اندام‌های داخلی، از تصویربرداری با وضوح بالا استفاده کرد. آنها دریافتند که بازخورد از اندام‌های مختلف، خوشه‌های مجزا از نورون‌ها را فعال می‌کند، صرف نظر از اینکه این اطلاعات ماهیت مکانیکی یا شیمیایی دارند، این گروه از نورون‌ها که اندام‌های مختلف را نشان می‌دهند از نظر توپوگرافی در ساقه مغز سازماندهی می‌شوند. علاوه بر این، آنها کشف کردند که مهار درون مغز، نقش کلیدی در کمک به نورون‌ها دارد که به طور انتخابی به اندام‌ها پاسخ دهند.
Chen Ran، محقق ارشد زیست‌شناسی سلولی در HMS، می‌گوید: "مطالعه ما اصول اساسی نحوه نمایش اندام‌های داخلی مختلف در ساقه مغز را نشان می‌دهد."
روشن ساختن چگونگی ارتباط اندام‌های داخلی با مغز
این تحقیق اولین گام در روشن ساختن چگونگی ارتباط اندام‌های داخلی با مغز است. با این حال، اگر این یافته‌ها در گونه‌های دیگر، از جمله انسان‌ها تأیید شود، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا استراتژی‌های درمانی بهتری را برای بیماری‌هایی مانند اختلالات خوردن، پرکاری مثانه، دیابت، اختلالات ریوی و فشار خون بالا که در هنگام اختلال حس درونی ایجاد می‌شوند، توسعه دهند.
Stephen Liberles ، نویسنده ارشد، استاد زیست‌شناسی سلولی در موسسه Blavantic در HMS و محقق در موسسه پزشکی هاوارد، می‌گوید: "فکر می‌کنم درک اینکه چگونه ورودی‌های حسی توسط مغز رمزگذاری می‌شوند، یکی از اسرار بزرگ نحوه عملکرد مغز است". این به درک چگونگی عملکرد مغز برای تولید ادراکات و برانگیختن رفتارها کمک می‌کند."
مطالعاتی که خیلی کم به آنها پرداخته شده است
تقریباً یک قرن است که دانشمندان در حال بررسی این موضوع بوده‌اند که چگونه مغز اطلاعات خارجی را پردازش می‌کند تا حواس اصلی بینایی، بویایی، شنوایی، چشایی و لامسه که ما برای حرکت در جهان استفاده می‌کنیم، را تشکیل دهد. با گذشت زمان، آنها یافته‌های خود را جمع آوری کردند تا نشان دهند که چگونه مناطق مختلف حسی در مغز برای نشان دادن محرک‌های مختلف سازماندهی شده‌اند.
به عنوان مثال، در اواسط دهه 1900، تحقیقات بر روی حس لامسه، دانشمندان را به توسعه هومونکولوس قشری برای سیستم حسی سوماتیک سوق داد - تصویری که قسمت‌های کارتونی بدن را بر روی سطح مغز نشان می‌دهد، هر قسمت به گونه‌ای قرار می‌گیرد که با مکانی که در آن قرار دارد، پردازش می‌شود و بر اساس حساسیت به مقیاس ترسیم می‌شود. در سال 1981، استادان هاروارد، دیوید هوبل و تورستن ویزل، جایزه نوبل را برای تحقیقات خود در مورد بینایی دریافت کردند، در واقع آنها به طور روشمند قشر بینایی مغز را با ثبت فعالیت الکتریکی تک تک سلول‌های عصبی که به محرک‌های بینایی پاسخ می‌دهند، نقشه برداری کردند. در سال 2004، دونفر دیگر از دانشمندان جایزه نوبل را برای مطالعات خود در مورد سیستم بویایی دریافت کردند، که در آن آنها صدها گیرنده بویایی را شناسایی کردند و دقیقاً نشان دادند که چگونه ورودی‌های بو در بینی و مغز مرتب می‌شوند.
با این حال، تاکنون، فرآیندی که مغز توسط آن و از طریق دریافت بازخورد از اندام‌های داخلی، عملکردهای فیزیولوژیکی اساسی مانند گرسنگی، سیری، تشنگی، حالت تهوع، درد، تنفس، ضربان قلب و فشار خون را تنظیم و سازماندهی می‌کند، بی‌پاسخ باقی مانده است.
Liberles می‌گوید: هنوز دو سوال اساسی «چگونه مغز ورودی‌ها را از داخل بدن دریافت می‌کند و چگونه این ورودی‌ها را پردازش می‌کند، به میزان کمی مورد مطالعه قرار گرفته و بنابراین درک نشده است. »
مغز چگونه ورودی‌ها را از داخل بدن دریافت و پردازش می‌کند
Ran افزود: شاید به این دلیل باشد که حس درونی پیچیده‌تر از حس بیرونی است. او توضیح داد که حواس خارجی تمایل به دریافت اطلاعات در یک قالب دارند. برای مثال، بینایی کاملاً مبتنی بر تشخیص نور است. در مقابل، اندام‌های داخلی اطلاعات را از طریق نیروهای مکانیکی، هورمون‌ها، مواد مغذی، سموم، دما و موارد دیگر منتقل می‌کنند، که هر کدام می‌توانند بر روی اندام‌های متعدد اثر بگذارند و به واکنش‌های فیزیولوژیکی متعدد تبدیل شوند. کشش مکانیکی، برای مثال، هنگامی که در مثانه اتفاق می‌افتد، نیاز به ادرار کردن را نشان می‌دهد، اما زمانی که در معده اتفاق می‌افتد به سیری تبدیل می‌شود و باعث ایجاد رفلکس برای توقف استنشاق در ریه‌ها می‌شود.
مشاهده صورت فلکی نورون‌ها با تکنیک جدید تصویربرداری
Liberles، Ran و همکاران در مطالعه جدید خود بر روی ناحیه ساقه مغز به نام هسته مجرای انفرادی یا NTS تمرکز کردند. NTS از طریق عصب واگ اطلاعات حسی را از اندام‌های داخلی دریافت می‌کند، سپس این اطلاعات را به نواحی مرتبه بالاتر مغز منتقل می‌کند که پاسخ‌های فیزیولوژیکی را تنظیم می‌کنند و رفتارها را ایجاد می‌کنند. به این ترتیب NTS به عنوان یک دروازه حسی داخلی برای مغز عمل می‌کند.
محققان از تکنیک قدرتمندی به نام تصویربرداری از کلسیم دو فوتونی استفاده کردند که به عنوان نماینده‌ای برای بررسی فعالیت عصبی از طریق اندازه گیری سطح کلسیم در سلول‌های عصبی منفرد عمل می‌کنند. این تیم این تکنیک را بر روی موش‌هایی که در معرض انواع مختلف محرک‌های اندام داخلی قرار داشتند، به کار بردند و از یک میکروسکوپ برای ثبت همزمان پاسخ هزاران نورون در NTS در طول زمان استفاده کردند. ویدئوهای به‌دست‌آمده نورون‌ها را نشان می‌دهند که در سراسر NTS روشن می‌شوند، دقیقاً مانند ستاره‌هایی که در آسمان شب روشن و خاموش می‌شوند.
ران گفت، تکنیک‌های تصویربرداری سنتی، که شامل قرار دادن یک الکترود برای ثبت گروه کوچکی از نورون‌ها در یک نقطه زمانی واحد است، «مانند دیدن تنها چند پیکسل از یک تصویر در یک زمان است. "ولی در این تکنیک ما برای مشاهده کل تصویر با وضوح بالا ، همه پیکسل‌ها در یک زمان نشان می‌دهیم."
این تیم کشف کردند که محرک‌های موجود در اندام‌های داخلی مختلف، به عنوان مثال، معده در مقابل حنجره ، عموماً خوشه‌های مختلفی از نورون‌ها را در NTS فعال می‌کنند. در مقابل، محققان چندین مورد را شناسایی کردند که در آن محرک‌های مکانیکی و شیمیایی در یک اندام که اغلب پاسخ فیزیولوژیکی یکسانی (مانند سرفه یا سیری) را برمی‌انگیخت، نورون‌های همپوشانی را در ساقه مغز فعال می‌کردند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که گروه‌های خاصی از نورون‌ها ممکن است به نمایش اندام‌های خاصی اختصاص داده شوند.
عملکرد مهاری میان نورون‌ها لازمه ارسال سیگنال به مغز است
سرانجام، دانشمندان دریافتند که ارسال سیگنال از اندام‌های داخلی به ساقه مغز نیازمند عملکرد مهاری میان نورون‌ها است. هنگامی که آنها از داروها برای جلوگیری از مهار استفاده کردند، نورون‌های ساقه مغز شروع به پاسخ دادن به اندام‌های متعدد کردند و انتخاب قبلی خود را از دست دادند.
انجام مطالعات پایه‌ای برای علوم آینده
این یافته‌ها سؤالات جدیدی را مطرح می‌کند که تیم HMS مایل است به برخی از آنها بپردازد. ران علاقه‌مند به بررسی این موضوع است که چگونه ساقه مغز اطلاعات حسی درونی را به نواحی درجه بالاتر مغز منتقل می‌کند که احساسات ناشی از آن مانند گرسنگی، درد یا تشنگی را ایجاد می‌کند. لیبرلز می‌خواهد چگونگی عملکرد سیستم حسگر داخلی در سطح مولکولی را بررسی کند. به ویژه، او می‌خواهد گیرنده‌های حسی اولیه را شناسایی کند که محرک‌های مکانیکی و شیمیایی را در اندام‌ها تشخیص می‌دهند. زمینه دیگری برای تحقیقات آینده این است که چگونه سیستم در طول رشد جنینی راه اندازی می‌شود.
لیبرلز گفت، یافته‌های جدید نشان می‌دهد که نگاه کردن به نوع نورون به تنهایی کافی نیست. محققان همچنین باید در نظر بگیرند که نورون‌ها در کجای مغز قرار دارند. او گفت: "ما باید تعامل بین انواع نورون‌ها و موقعیت آنها را مطالعه کنیم تا بفهمیم مدارها چگونه سیمی هستند و انواع سلول‌های مختلف در زمینه مدارهای مختلف چه می‌کنند."
بررسی مطالعات در سایر گونه‌ها
لیبرلز همچنین علاقه‌مند است بداند که این یافته‌ها تا چه حد قابل تعمیم به حیوانات دیگر از جمله انسان است. او خاطرنشان کرد در حالی که بسیاری از مسیرهای حسی در بین گونه‌ها حفظ شده‌اند، تفاوت‌های تکاملی مهمی نیز وجود دارد. به عنوان مثال، برخی از حیوانات رفتارهای اساسی مانند سرفه یا استفراغ از خود نشان نمی‌دهند. در صورت تایید در انسان، یافته‌های تحقیق در نهایت می‌تواند از ایجاد درمان‌های بهتر برای بیماری‌هایی که در هنگام نقص عملکرد سیستم حسی داخلی ایجاد می‌شوند، خبر دهد.
ران گفت: «اغلب این بیماری‌ها به این دلیل اتفاق می‌افتند که مغز بازخورد غیرطبیعی از اندام‌های داخلی دریافت می‌کند. "اگر ما ایده خوبی از نحوه کدگذاری متفاوت این سیگنال‌ها در مغز داشته باشیم، ممکن است روزی بتوانیم بفهمیم که چگونه این سیستم عمل می‌کند تا از این طریق بتوانیم عملکرد طبیعی خود را بازیابی کنیم."
پایان مطلب/.