سرنخ‌فهمیدن حافظه انسان در عضلات نهفته است
تحقیقات جدید نشان می‌دهد که عضله دوسر بازو و سلول‌های مغز انسان ویژگی‌های مشترک بسیار بیشتری از حد پیشنهاده قبلی دارند. پژوهشی تحت رهبری آزمایشگاه لیپینکات شوارتز (Lippincott-Schwartz Lab) فاش کرده است که شبکه‌ای از ساختارهای درون‌سلولی، مشابه آلیه‌های مسئول انقباض عضله، در مغز نیز سیگنال‌هایی را انتقال می‌دهد که یادگیری و حافظه را ممکن می‌سازند.
شباهت بنیادین بین مغز و عضله
به گزارش وب‌سایت مؤسسه پزشکی هاوارد هیوز، جنیفر لیپینکات شوارتز، سرپرست این پژوهش، بیان کرد: «آلبرت اینشتین زمانی گفت که استفاده از مغز در مانند بهره‌گیری از یک عضله است؛ در این تحقیق نیز ما سیستم یکسانی با بازتاب‌های متفاوت را در هر دو بافت مشاهده می‌کنیم.»
🔗 بیشتر بخوانید: ورود بیش از ۷۵۰ هزار دانشجوی جدید به دانشگاه‌ها
دوراهی کشف: شبکه اندوپلاسمی
نخستین راهنمای این ارتباط، فهم عجیب‌بودن الگوی شبکه اندوپلاسمی بود. این شبکه متشکل از ورقه‌های غشایی و لوله‌های درون‌سلولی است که در عملکردهای حیاتی سلولی نقش دارد. لورنا بندتی، عضو آزمایشگاه، در ردیابی مولکول‌ها با وضوح بالا در نورون‌های پستان‌داران، الگوی نردبان‌مانند و تکرارشونده‌ای را در امتداد دندریت‌ها مشاهده کرد.
نزدیک به همین زمان، استفان سالفلد، سرپرست ارشد گروه، تصاویر میکروسکوپ الکترونی سه‌بعدی با وضوح بالا از نورون‌های مغز مگس را به اشتراک گذاشت که در آن‌ها شبکه اندوپلاسمی ساختارهای عرضی با فاصله منظم را شکل می‌داد. لیپینکات شوارتز تأکید کرد: «در علم، ساختار به معنی کارکرد است. این ساختار غیرمعمول و زیبا در کل دندریت دیده می‌شود و قطعاً کارکرد مهمی دارد.»
🔗 بیشتر بخوانید: اسپیس ایکس دو ماموریت محرمانه برای نیروی فضایی آمریکا انجام داد
مقایسه با بافت عضلانی
تیم پژوهشی با بررسی بافت عضلانی، جایی که شبکه اندوپلاسمی و غشای پلاسمایی در تماس‌های دوره‌ای به یکدیگر متصل هستند، کار را پیش بردند. این آرایش منظم توسط مولکولی به نام «جونکتوفیلین» (junctophilin) کنترل می‌شود. محققان دریافتند که دندریت‌ها نیز حاوی نوعی جونکتوفیلین هستند که تماس‌های شبکه اندوپلاسمی و غشای پلاسمایی را در نورون‌ها تنظیم می‌کند. علاوه بر این، همان ماشین مولکولی کنترل‌کننده ترشح کلسیم در تماس‌های عضلانی، در تماس‌های دندریتیک نیز وجود دارد تا سیگنال‌های عصبی را تعدیل نماید.
مکانیسم تقویت و انتقال سیگنال
پژوهشگران استدلال کردند که این ماشین‌های مولکولی در تماس‌های دندریتیک برای انتقال سیگنال‌های کلسیم — که سلول‌ها برای برقراری ارتباط از آن بهره می‌برند — حیاتی هستند. فرضیه آن‌ها بر این بود که تماس‌ها در امتداد دندریت‌ها مانند دستگاه تکرارگر در تلگراف عمل می‌کنند: دریافت، تقویت و رونویسی سیگنال در مسافت‌های طولانی. این ویژگی توضیح می‌دهد که سیگنال‌های دریافتی در نقاط خاص دندریت‌ها چگونه به بدن سلول در فاصله صدها میکرومتر منتقل می‌شوند.
🔗 بیشتر بخوانید: دانشمندان کلید از بین بردن عادت‌های بد را در مغز اشکار کردند_آینده
بندتی افزود: «نحوه جابجایی اطلاعات در مسافت‌های طولانی و نحوه تقویت خاص سیگنال کلسیم الناشناس بود. ما پنداشتیم شبکه اندوپلاسمی این نقش را ایفا می‌کند و تماس‌های به‌طور منظم توزیع‌یافته، تقویت‌کننده‌های موضعی و مکانی هستند که سیگنال کلسیم را دریافت، موضعی تقویت و به صورت رله به فاصله دور przekaz می‌کنند.»
چینهٔ مولکولی حافظه
تحقیقات نشان داد این فرآیند با ورود سیگنال عصبی آغاز می‌شود که باعث ترشح کلسیم از طریق پروتئین‌های کانال یونی در محل تماس به دندریت می‌شود. اگرچه سیگنال اولیه سریع منقضی می‌شود، اما ترشح کلسیم اضافی از شبکه اندوپلاسمی در همان محل را تحریک می‌کند. این ورود کلسیم، یک کیناز به نام CaMKII را جذب و فعال می‌کند که برای حافظه اهمیت دارد. این پروتئین، ویژگی‌های بیوشیمیایی غشای پلاسمایی و قدرت سیگنال عبوری را دگرگون می‌سازد. این روند از یک محل تماس به محل تماس دیگر در سراسر دندریت تا بدن سلول ادامه می‌یابد — جایی که نورون تصمیم می‌گیرد چگونه با نورون‌های دیگر ارتباط برقرار کند.
نتیجه‌گیری
این پژوهش، مکانیسم نوینی برای انتقال سیگنال در سلول‌های مغزی تشریح می‌کند و اطلاعاتی درباره نحوه جابجایی سیگنال‌های درون‌سلولی در مسافت‌های طولانی ارائه می‌دهد که پردازش اطلاعات دریافتی در نقاط خاص دندریت‌ها را در مغز ممکن می‌سازد. نتایج در مجله «سل» (Cell) منتشر شده است.