به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً نتایج آن  در Nature Neuroscience منتشر شده است، گروهی از محققان چگونگی تأثیر مستقیم مخچه بر ترشح دوپامین در توده سیاه فشرده (SNc) را بررسی کردند. توده سیاه (Substantia nigra) بخشی از مغز میانی و دارای نورون‌هایی است که در ارتباط با غده‌های قاعده‌ای در تنظیم حرکات نقش دارند. توده سیاه‌نشان دهنده این واقعیت است که به دلیل سطوح بالای نوروملانین در نورون‌های دوپامینرژیک، قسمت‌هایی از توده سیاه تیره تر از مناطق همسایه به نظر می‌رسد. زوال نورون‌های دوپامینرژیک این گره عامل اصلی بیماری پارکینسون است. اگرچه توده سیاه به عنوان یک نوار پیوسته در بخش‌های مغز ظاهر می‌شود، مطالعات تشریحی نشان داده‌اند که در واقع از دو بخش با اتصالات و عملکردهای بسیار متفاوت تشکیل شده است، پارس کامپکتا (SNpc) و پارس رتیکولار . (SNpr) پارس کامپکتا عمدتاً به عنوان یک برجستگی به مدار عقده‌های قاعده‌ای عمل می‌کند و جسم مخطط را با دوپامین تأمین می‌کند. پارس رتیکولار سیگنال‌هایی را از عقده‌های قاعده‌ای به بسیاری دیگر از ساختارهای مغزی منتقل می‌کند.

پیش زمینه

مسیرهای دوپامینرژیک، که گاهی اوقات به نام پروجکشن‌های دوپامینرژیک شناخته می‌شوند، مجموعه‌ای از نورون‌های پرتابی در مغز هستند که ترکیب و آزادسازی انتقال دهنده عصبی دوپامین را بر عهده دارند. به هر نورون در این مسیر یک نورون دوپامین گفته می‌شود. نورون‌های دوپامین دارای آکسون‌هایی هستند که در تمام طول مسیر کشیده شده‌اند. در حالی که نقش مخچه در کنترل حرکت ثابت شده است، تاثیر آن بر نورون‌های دوپامینرژیک در SNc، که برای تنظیم حرکت بسیار مهم است، کمتر شناخته شده باقی مانده است. این شکاف در دانش قابل توجه است، زیرا اختلال عملکرد دوپامینرژیک مرکزی برای بیماری پارکینسون است. بیشتر تحقیقات بر روی خروجی‌های حرکتی مستقیم مخچه متمرکز شده است، بدون توجه به تعدیل احتمالی آن در سیستم‌های دوپامینرژیک مغز میانی. تحقیقات بیشتری برای کشف نقش تنظیم دوپامینرژیک و پیامدهای آن برای درمان اختلالات حرکتی مانند بیماری پارکینسون مورد نیاز است.

درباره مطالعه

محققان از ترکیبی از اپتوژنتیک، الکتروفیزیولوژی و ردیابی آناتومیک برای کشف ماهیت این مسیرهای عصبی و پیامدهای عملکردی آن‌ها استفاده کردند. رویکرد اپتوژنتیک در دستکاری فعالیت نورون‌های خاص بسیار مهم بود. این تیم نورون‌ها را در هسته‌های عمیق مخچه (DCN) اصلاح ژنتیکی کردند تا کانال رودوپسین (ChR2) را بیان کنند و به این نورون‌ها اجازه دهند با نور فعال شوند. این روش کنترل دقیق ورودی‌های مخچه به SNc را فعال می‌کند و مشاهده پاسخ‌های عصبی فوری را تسهیل می‌کند. تکنیک‌های الکتروفیزیولوژیکی، از جمله ضبط ولتاژ کل سلولی، برای‌اندازه گیری خواص الکتریکی نورون‌ها استفاده شد. این به محققان اجازه داد تا مشاهده کنند که چگونه تحریک مخچه بر فعالیت نورون‌های دوپامینرژیک و غیردوپامینرژیک در SNc تأثیر می‌گذارد. پاسخ‌ها از نظر تغییرات در نرخ شلیک، جریان‌های سیناپسی و سایر پارامترهای الکتروفیزیولوژیکی ثبت شد. ردیابی تشریحی یکی دیگر از جنبه‌های مهم روش بود. این شامل استفاده از آزمایش‌های ردیابی رتروگراد و انتروگراد با واسطه ویروسی برای نقشه‌برداری از اتصالات بین مخچه و SNc بود. روش‌های ردیابی به شناسایی مبدأ و مقصد برآمدگی‌های عصبی کمک کردند و تصویر واضحی از تأثیر مخچه بر SNc ارائه کردند. این روش‌ها با هم یک رویکرد جامع برای درک تأثیر مستقیم و سریع مخچه بر روی سیستم دوپامینرژیک را تشکیل دادند. ترکیبی از اپتوژنتیک، الکتروفیزیولوژی و ردیابی آناتومیکی یک نمای چند بعدی از فعل و انفعالات عصبی ارائه کرد که منجر به یافته‌های قابل توجهی در زمینه علوم اعصاب شد.

نتایج مطالعه

مطالعه حاضر بینش‌های پیشگامانه‌ای را در مورد تعاملات بین مخچه و SNc در موش نشان داد. کشف شد که مخچه مستقیماً نورون‌های SNc را از طریق سیناپس‌های گلوتاماترژیک تک سیناپسی تعدیل می‌کند و بر نورون‌های دوپامینرژیک و غیردوپامینرژیک تأثیر می‌گذارد. مشخص شد که این تعامل برای شروع حرکت و پردازش پاداش و همچنین تعدیل سطح دوپامین مخطط حیاتی است. یافته‌های کلیدی شامل مشاهده این بود که تحریک مخچه منجر به پاسخ‌های فوری در نورون‌های SNc می‌شود که به دو نوع طبقه‌بندی می‌شوند: تحریک یا برانگیختگی، و به دنبال آن مکث. اکثر نورون‌های SNc به این تحریک پاسخ دادند که نشان دهنده ارتباط قوی بین این دو ناحیه مغز است. علاوه بر این، تحریک مسیرهای مخچه-SNc منجر به افزایش ترشح دوپامین در جسم مخطط می‌شود که اهمیت این ارتباط را در تنظیم عملکردهای حرکتی و سیستم‌های پاداش برجسته می‌کند. آزمایش‌های آزمایشگاهی با استفاده از ضبط‌های گیره ولتاژ تمام سلول، این یافته‌ها را بیشتر اثبات کرد. این مطالعه نشان داد که هر دو نورون TH مثبت (دوپامینرژیک) و TH-منفی در SNc به تحریک مخچه پاسخ دادند، که نشان می‌دهد تأثیر مخچه بر SNc مربوط به نوع سلول نیست. علاوه بر این، پاسخ‌ها به تحریک مخچه توسط گیرنده‌های آلفا-آمینو-3-هیدروکسی-5-متیل-4-ایزوکسازول پروپیونیک اسید (AMPA) و N-متیل-D-آسپارتات (NMDA) انجام شد، که نشان می‌دهد انتقال‌دهنده عصبی گلوتامات نقش مهمی را ایفا می‌کند. در این مسیر نقش داشته باشد. اساس تشریحی این یافته‌ها نیز از طریق یک سری آزمایش‌های ردیابی مورد بررسی قرار گرفت. این آزمایش‌ها حضور پیش‌بینی‌های تک سیناپسی مستقیم از هر سه DCN به SNc را تأیید کردند. مشخص شد که پیش‌بینی‌ها دوطرفه بوده و نورون‌های دوپامینرژیک و غیردوپامینرژیک را در SNc هدف قرار می‌دهند. این آرایش تشریحی مشاهدات عملکردی تأثیر مخچه بر SNc را تقویت می‌کند. این مطالعه به طور قابل توجهی درک ما را از نقش مخچه در کنترل حرکتی و پردازش پاداش افزایش می‌دهد. این دیدگاه سنتی مخچه را به عنوان صرفاً هماهنگ کننده حرکت به چالش می‌کشد و آن را به عنوان تأثیرگذار مستقیم فعالیت دوپامینرژیک در گانگلیون‌های پایه قرار می‌دهد. این یافته‌ها پیامدهای گسترده‌ای برای درک ما از اختلالات عصبی مانند بیماری پارکینسون دارند و می‌توانند راه را برای رویکردهای درمانی جدید هموار کنند.

در نهایت

این مطالعه مدولاسیون سریع نورون‌های SNc مخچه را از طریق یک مسیر تک‌سیناپسی تحریک‌کننده برجسته می‌کند، که افزوده‌ای قابل توجه به درک ما از رفتارهای حرکتی و غیرحرکتی است. مخچه با معماری منحصر به فرد خود، اطلاعات حسی و قشری گسترده را با هم ترکیب می‌کند و انقباضات عضلانی را برای کارهای پیچیده حرکتی پیش بینی و هماهنگ می‌کند. این توانایی به مخچه اجازه می‌دهد تا اطلاعات حساس به زمان را در اختیار عقده‌های قاعده‌ای قرار دهد، که برای شروع حرکت و قدرت حیاتی است. این تحقیق همچنین به نقش بالقوه مخچه در بیماری پارکینسون و پردازش پاداش اشاره می‌کند و بر تأثیر گسترده‌تر آن بر عملکرد مغز فراتر از وظایف هماهنگی حرکتی سنتی تأکید می‌کند.

پایان مطلب./