برق در طول توسعه مغز باعث انحراف نورونها می شود

قشر مغز یک منطقه بسیار پیشرفته است که به توانایی های فکری نظیر ادراک آگاهانه، پیش بینی وقایع و زبان اجازه می دهد. این توابع توسط مجموعه های خاصی از مدارهای عصبی متصل می شوند. محققان دانشگاه ژنو (UNIGE)، سوئیس، با همکاری تیم آمریکایی برای درک اینکه چگونه این مدارها در طول توسعه بوجود می آیند، تحقیقی را انجام دادند که سلول های بنیادی عصبی را قادر می سازد تا به عنوان جنین رشد می کنند. با اندازه گیری فعالیت الکتریکی این پیش داوری ها، آنها دریافتند که با افزایش شارژ باتری، مقدار ولتاژ غشاء افزایش می یابد، همانطور که جنین رشد می کند و نورون های جدید ایجاد می شوند. برای بررسی نقش این بار الکتریکی، دانشمندان علوم اعصاب به طور آزمایشی با استفاده از مقادیر ولتاژ پیشرونده، که آنها را قادر به انتخاب نوع نورون متولد شده می کند. این نتایج، منتشر شده درسلول ، نقش غیر منتظره ای را برای خواص سلول های بیوالکتریک در تولید تنوع نورون نشان می دهد.

قشر مغزی دارای تنوعی از نوع سلول های عصبی است که در طول توسعه برای ایجاد مدارات، توابع پایه مانند حرکات ماهر و یکپارچگی حسی جمع می شوند. این مدارها در دو مرحله ظاهر می شوند: ابتدا در هنگام جنین زایی، زمانی که نورون ها متولد می شوند و بعدها بعد از تولد، وقتی نورون ها با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند تا مدارهایی را ایجاد کنند که محیط زیست هستند.

در جنین، انواع مختلفی از نورونهای قشر به طور متوالی در یک نظم دقیق ایجاد شده توسط سلول های بنیادی نامیده می شود که به عنوان پیش ساز های عصبی در عمق مغز واقع شده اند. دنیس جابادون، استاد گروه علوم بیولوژیک پایه در دانشکده پزشکی یونگی، توضیح می دهد: “ما تعجب کردیم که چگونه این پیش داوران قادر به دانستن نوعی از نورون ها در هر جنین جنینی هستند.”

الکتریسیته رفتارهای پیشین

برای رسیدگی به این سوال، تیم UNIGE یک رویکرد غیر معمول را به کار گرفت. Ilaria Vitali، پژوهشگر تیم، به طور معمول ژن ها به عنوان ستاره های توسعه سلولی درنظر گرفته می شود. در اینجا ما بر روی یک بازیکن دیگر، خواص الکتریکی این پیش سازان تمرکز کردیم. ” در حالی که نقش خواص الکتریکی در عملکرد عادی مدارهای عصبی به خوبی شناخته شده است، تا به حال تنها اطلاعات کمی در مورد نقش بار الکتریکی در خواص پیش آگهی وجود دارد. با استفاده از یک pipet کوچکتر از دو میکرون قطر برای نفوذ در غشای سلولی، دانشمندان علوم اعصاب قادر به اندازه گیری بار الکتریکی از پیش سازهای عصبی به عنوان قشر در جنین های موش تشکیل شده است. “آنچه که ما متوجه شدیم این است که وقتی جنین رشد می کند و نوع تولید نورون ها پیچیده تر می شود، مقدار ولتاژ پیش داوری افزایش می یابد”

یک سوئیچ الکتریکی برای تولید زیرمجموعه های عصبی مجزا

 

برای دستکاری در این فرآیند، دانشمندان سلول های جنینی را به صورت ژنتیکی اصلاح کرد. سابین فیور، یکی از همکاران در این مطالعه و محقق در تیم UNIGE، توضیح می دهد: “ما کانال های مصنوعی کوچک را در سطح پیش سازان بیان کردیم، که با استفاده از شارژ کردن یا تخلیه این سلول ها توانستند ولتاژ خود را در اختیار بگیرند. “و معلوم می شود که اگر پیش گیاهان مصنوعی در اوایل جنین زایی شارژ شوند، آنها به طور طبیعی سلول های نورونی بعدا تولید می کنند. دانیس جابادون اضافه می کند: ” در عوض، اگر ما از تخمدانها تخلیه کنیم، آنها نورون هایی تولید می کنند که قبلا در زندگی جنین متولد شده اند،”

این نتایج نشان می دهد که فعالیت بیوالکتریک پیشرونده ها نقش مهمی در تولید تنوع های عصبی دارد. این می تواند به توضیح اینکه چگونه برخی از اختلالات عصبی مرتبط با فعالیت الکتریکی غیر طبیعی، مانند صرع، بر رشد مغز در طی جنین زایی تاثیر می گذارد کمک کند.

منبع

Ilaria Vitali, et al, 2018. Progenitor Hyperpolarization Regulates the Sequential Generation of Neuronal Subtypes in the Developing Neocortex. Cell; DOI: 10.1016/j.cell.2018.06.036