أكبر خريطة دماغية في الثدييات يمكن أن تفسد ما الذي يجعلنا بشرًا

توفر الخريطة ثلاثية الأبعاد الأكبر والأكثر شمولاً لعقل الثدييات حتى الآن نظرة ثاقبة غير مسبوقة حول كيفية اتصال الخلايا العصبية وتعمل. ستسمح الخريطة الجديدة ، التي تجسد ملليمتر مكعب من القشرة البصرية للماوس ، للعلماء بدراسة وظيفة الدماغ بتفاصيل غير عادية ، وربما تكشف عن رؤى حاسمة حول كيفية تشكيل النشاط العصبي ، وكيف تنشأ الصفات المعقدة مثل الوعي ، وحتى ما يعنيه أن يكون إنسانًا.

يقول عضو الفريق فورست كولمان في معهد ألين لعلوم الدماغ في سياتل: “تنشأ سلوكياتنا في نهاية المطاف من النشاط في الدماغ ، وتشارك أنسجة الدماغ في خصائص متشابهة للغاية في جميع الثدييات”. “هذا هو أحد الأسباب التي تجعلنا نعتقد أن الأفكار حول قشرة الماوس يمكن أن تعمم على البشر.”

استغرق الإنجاز – وهو أمر قال عالم الأحياء فرانسيس كريك في عام 1979 “مستحيلًا” – سبع سنوات لإكمال وتورط 150 باحثًا من ثلاث مؤسسات. لقد بدأت مع فريق يسجل نشاطًا عصبيًا من جزء من القشرة البصرية للماوس ، لم يكن أكبر من حبة الرمال ، حيث شاهدت الأفلام ومقاطع YouTube.

بعد ذلك ، قامت مجموعة ثانية بتشريح منطقة الدماغ نفسها ، وتقسيمها إلى طبقات 1/400 عرض شعر بشري ، والتقطت صورًا لكل شريحة. نظرًا للطبيعة الحساسة للهيكل ، لا يمكن إيقاف عملية التقطيع لفترة طويلة ، لذلك أخذ الفريق نوبات. يقول عضو الفريق نونو دا كوستا ، في معهد ألين: “لقد أمضينا 12 يومًا و 12 ليلة في تقسيم مكعب مليمتر هذا من الأنسجة إلى ما يقرب من 30000 طبقة”.

من هناك ، استخدم فريق ثالث منظمة العفو الدولية لتتبع جميع الخلايا وإعادة بناء كل شريحة في خريطة ثلاثية الأبعاد. يقول كولمان: “كان الأمر أشبه بأن يطلب من الذكاء الاصطناعى القيام بأصعب كتاب تلوين في العالم”. “لديك 100 مليون صورة في ثلاثة أبعاد ويجب أن تلوين كل خلية مع تلوين مختلف. يجب على الذكاء الاصطناعى أن يقرر أين تبدأ خلية واحدة وتتوقف الخلية التالية.”

تم دمج هذه البيانات أخيرًا مع النشاط الوظيفي المسجل في بداية المشروع بحيث يمكن ربط ما كان يشاهده الماوس بالنشاط المقابل في الدماغ. توضح الخريطة الناتجة التعقيد المذهل للدماغ. على الرغم من حجمها الضئيل ، فقد احتوت على أكثر من 200000 خلية مع 4 كيلومترات من الفروع بينها ، و 523 مليون نقش انضم إلى الخلايا معًا.

تمثل البيانات بالفعل افتراضات صعبة حول كيفية تواصل الخلايا العصبية ، مما يكشف أنها لا تستهدف الخلايا القريبة فحسب ، بل تصطاد خلايا أخرى مخصصة لمعالجة نفس المحفزات البصرية.

يأمل الباحثون أن تقوم خريطتهم بسد بعض الفجوات في المعرفة بين النشاط العصبي والسلوكيات ، مما يساعد في النهاية على كشف السمات المعقدة مثل الذكاء. يقول ناتالي روشفورت من جامعة إدنبرة بالمملكة المتحدة: “إنه عمل رائد لا يقدر بثمن للمجتمع العلمي”.

إلى جانب تطبيقاتها الفورية ، تقول دا كوستا إننا قد نكون قادرين على اختبار نظريات الوعي. “إذا كان لدى شخص ما نظرية الوعي ، فقد يكون قادرًا على طرح أسئلة حول هذه البيانات ، والتي يمكن أن تدعم نظريته أو رفضها”.

يقول روشفورت إن العمل يعتمد على دراسة أخرى نُشرت العام الماضي والتي حددت كل خلية عصبية في الدماغ ذبابة البالغين – وهو اختراق أحدث ثورة في هذا المجال. على سبيل المثال ، فقد ساعد العلماء على فهم الإيقاعات اليومية التي تؤثر على كل شيء من النوم إلى التمثيل الغذائي.

وتقول إن هذه الخريطة الجديدة ستكون لا تقدر بثمن ، مما يسمح للباحثين بإجراء مقارنات بينها وبين الخرائط الأخرى للأنواع المختلفة لدراسة الخلايا ومبادئ الأسلاك والخصائص الوظيفية المحددة لأنواع واحدة أو محفوظة عبر العديد منها ، “في نهاية المطاف إلقاء الضوء على ما يجعلنا بشريًا”.

تم نشر المشروع في سلسلة من ثماني أوراق في مجلات الطبيعة.