مغز انسان‌ها در قیاس با مغز خویشاوندان نخستی‌سان آنها طی تکامل خود بزرگ شده اما این ارتقاء عصبی هزینه‌ داشته است. دانشمندانی که در حال بازدید این تحول می باشند، ویژگی‌های ژنتیکی منحصربه‌فردی را کشف کرده‌اند که نشان خواهند داد سلول‌های مغز انسان چطور استرس ناشی از کارکرد یک مغز بزرگ را کنترل می‌کنند. این پژوهش می‌تواند الهام‌قسمت پژوهش‌های تازه برای فهمیدن بیماری‌هایی همانند پارکینسون و اسکیزوفرنی باشد.

به نقل از نیچر، این پژوهش روی نورون‌های تولیدکننده انتقال‌دهنده عصبی دوپامین تمرکز دارد که برای حرکت، یادگیری و پردازش اضطراب زیاد مهم است. پژوهشگران با قیاس هزاران نورون دوپامین پرورش‌یافته در آزمایشگاه از انسان، شامپانزه، ماکاک و اورانگوتان دریافتند نورون‌های دوپامین انسانی نسبت به دیگر پستان‌داران، ژن‌های بیشتری را گفتن می‌کنند که فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های افت‌دهنده صدمه را افزایش خواهند داد.

«آندره سوزا»(Andre Sousa) عصب‌شناس «دانشگاه ویسکانسین مدیسن»(UW–Madison) او گفت: یافته‌های این پژوهش تا این مدت مورد بازدید قرار نگرفته‌اند اما گامی به سوی فهمیدن تکامل مغز انسان و همه پیامدهای بالقوه منفی و مثبت می باشند که با آن همراه خواهد شد. مهم است که واقعا تلاش کنیم تا بفهمیم چه چیزی درمورد مغز انسان خاص است و گمان دارد به گسترش درمان‌های تازه یا حتی اجتناب از بیماری در آینده پشتیبانی کند.

«الکس پولن»(Alex Pollen) متخصص علوم اعصاب «دانشگاه کالیفرنیا سن‌فرانسیسکو»(UCSF) او گفت: درست همان طور که راه رفتن عمودی به مشکلات زانو و کمر منجر شده و تحول در ساختار فک و رژیم غذایی به مشکلات دندانی ختم شده، رشد سریع مغز انسان نیز به مرور زمان چالش‌هایی را برای سلول‌های خود به وجود اورده است. فرضیه ما این می بود که همین فرآیند امکان پذیر رخ داده باشد و نورون‌های دوپامین امکان پذیر عامل شکل‌گیری مفاصل صدمه‌پذیر باشند.

پولن و همکارانش با منفعت گیری از یک فناوری تصویربرداری نشان دادند که دو ناحیه نیازمند دوپامین در مغز انسان به طور قابل توجهی بزرگ‌تر از همتای خود در ماکاک‌ها می باشند. این چنین، قشر جلوی مغز ۱۸ برابر بزرگ‌تر و جسم مخطط تقریبا هفت برابر بزرگ‌تر است.

پولن در ادامه گفت: با وجود این، تعداد نورون‌های دوپامین انسان‌ها فقط دو برابر خویشاوندان نخستی‌سان آنهاست. به این علت، این نورون‌ها در مغز بزرگ‌تر و پیچیده‌تر انسان باید زیاد تر کشیده شوند و سخت‌تر کار کنند. هر کدام از آنها بیشتر از دو میلیون سیناپس را راه اندازی خواهند داد.

«نناد سستان»(Nenad Sestan) عصب‌شناس رشد «دانشگاه ییل»(Yale University) او گفت: نورون‌های دوپامین، ورزشکاران واقعی می باشند. آنها دائما فعال خواهد شد.

پولن و همکارانش برای فهمیدن این که چطور نورون‌های دوپامین انسان امکان پذیر برای رفع کردن نیازهای یک مغز بزرگ سازگار شوند، نسخه‌هایی را از این سلول‌ها در آزمایشگاه پرورش دادند. آنها سلول‌های بنیادی را که می‌توانند به انواع سلول‌ها تبدیل شوند، از هشت انسان، هفت شامپانزه، سه ماکاک و یک اورانگوتان گرفتند و آنها را به ساختارهای مینیاتوری شبیه مغز به نام «ارگانوئید» تبدیل کردند. بعد از ۳۰ روز، این ساختارها تشکیل دوپامین را اغاز کردند که همانند به کار مغز در حال رشد است.

بعد از این مرحله، این گروه پژوهشی به طور ژنتیکی نورون‌های دوپامین را تعیین توالی کردند تا اشکار کنند کدام ژن‌ها فعال شده‌اند و چطور کنترل خواهد شد. پژوهشگران با تحلیل نورون‌های انسان و شامپانزه دریافتند که نورون‌های انسان، سطوح بالاتری را از ژن‌هایی گفتن می‌کنند که استرس اکسیداتیو تحت مدیریت آنها قرار دارد. استرس اکسیداتیو نوعی صدمه سلولی است که می‌تواند توسط فرآیند انرژی بر تشکیل دوپامین تشکیل شود. این ژن‌ها آنزیم‌هایی را رمزگذاری می‌کنند که به تجزیه و خنثی کردن مولکول‌های سمی موسوم به گونه‌های فعال اکسیژن می‌پردازند. این مولکول‌ها می‌توانند به سلول‌ها صدمه برسانند.

پژوهشگران برای بازدید این که آیا نورون‌های دوپامین انسان امکان پذیر عکس العمل‌های استرس منحصربه‌فردی داشته باشند یا خیر، از نوعی آفت‌کش منفعت گیری کردند که به استرس اکسیداتیو در ارگانوئیدها منجر می‌شود. آنها دریافتند نورون‌های ایجادشده‌ از سلول‌های انسان، تشکیل نوعی مولکول را به نام «BDNF» افزایش خواهند داد که در افراد مبتلا به اختلالات عصبی همانند بیماری پارکینسون افت می‌یابد. آنها عکس العمل شبیهی را در نورون‌های شامپانزه مشاهده نکردند.

فهمیدن این مکانیسم‌های محافظتی می‌تواند به گسترش درمان‌هایی بیانجامد که دفاع سلولی را در افراد در معرض خطر بیماری پارکینسون تحکیم می‌کنند. سوزا او گفت: برخی از این محافظت‌ها امکان پذیر به علت جهش، در همه افراد وجود نداشته باشند. این یک صدمه‌پذیری اضافی را در آن افراد تشکیل می‌کند.

ارگانوئیدهای مورد منفعت گیری در این پژوهش، نورون‌های در حال رشد را نشان خواهند داد که معادل نورون‌های حاضر در بدن جنین می باشند و پیچیدگی نورون‌های بالغ را به ‌طور کامل نشان نمی‌دهند. سوزا او گفت: پژوهش‌های آینده باید بازدید کنند که چطور این چنین مکانیسم‌های محافظتی در نورون‌های بالغ و پیر می‌همانند چون بیماری‌های دژنراتیو که بر این سلول‌ها تأثیر می‌گذارند، طبق معمول در سنین پایین وجود دارند.