نگرشی بر دنیای درون مغز

نگرشی بر دنیای درون مغزدکتر احسان‌الله محمدی - متخصص مغز و اعصاب

در طول زندگی، مغز ما دائما در حال تغییر است. به این خاصیت تغییر پذیری مغز پلاستیسیته می‌گویند. به دلیل شباهتش به pasticine یا خمیر بازی که می‌‌توان آن را به اشکال متفاوتی درآورد. نه تنها کل مغز، بلکه هر یک از سلول‌های عصبی نیز می‌توانند به دلایل مختلفی تغییر یابند- مثلا در طول تکامل در سنین پایین، در پاسخ به آسیب مغزی و در حین یادگیری. مکانیسم‌های متفاوتی برای پلاستیسیته وجود دارد که مهمترین آنها پلاستیسیته سیناپسی است و عبارت است از علمی که به بررسی قابلیت نورون‌ها برای تغییر توانایی‌های خود برای برقراری ارتباط با یکدیگر می‌پردازد.

قالب‌ریزی آینده برقراری ارتباط بین نورون‌ها در مراحل اولیه حیات نیازمند تنظیم دقیق است. زمانی که شروع به برخورد و بر همکنش با محیط اطراف خود می‌کنیم، این ارتباطات سیناپسی، دستخوش تغییراتی می‌شوند- ارتباطات جدید برقرار می‌‌شوند، ارتباطات مفید تقویت شده و ارتباطاتی که به ندرت از آنها استفاده می‌شود تضعیف شده و یا از میان می‌روند. تنها سیناپس‌های فعال و سیناپس‌هایی که دائما در حال تغییرند باقی می‌ماند و سایر سیناپس‌ها کاهش می‌یابند. قالب‌ریزی آینده مغز ما براساس اصل «استفاده کن یا از دست بده» صورت می‌گیرد.
انتقال سیناپسی شامل آزادسازی یک نوروترانسمیتر شیمیایی است که موجب فعال شدن نوعی مولکول‌های پروتئینی ویژه به نام گیرنده‌ها می‌شود. پاسخ الکتریکی متعارف در برابر آزادسازی نورترانسمیتر مقیاسی برای میزان قدرت سیناپسی است.
قدرت یک سیناپس قابل تغییر است و تغییر به وجود آمده در آن ممکن است تا چند ثانیه، چند دقیقه و حتی تا آخر عمر باقی بماند. دانشمندان بویژه علاقه‌مند به بررسی تغییرات بلندمدت قدرت سیناپسی که در نتیجه پروسه‌های کوتاه فعالیت عصبی مانند تقویت بلندمدت یا  )LTP(  Long -term potentiation و تضعیف کوتاه مدت یا Long- term depression  )LTD( هستند.
شمای کلی
گلوتامات اسید آمینه‌ای است در بدن که برای ساخت پروتئین‌ها از آن استفاده می‌شود. ممکن است تا به حال با فرم مونوسدیم گلوتامات آشنا شده باشید. این نوروتروانسمیتری است که در اکثر سیناپس‌های تغییر پذیر مغز ما نقش ایفا می‌کنند- سیناپس‌هایی که در آنها LTP و LTD صورت می‌گیرد .رسپتورهای گلوتامات، که معمولا در بخش دریافت کننده سیناپس قرار گرفته‌اند، 4 دسته‌اند: 3 تای آنها گیرنده‌هایی از نوع ionotropic هستند به نام‌های NMDA, AMPA, Kainate و دسته چهارم از نوع metabotropic بوده و Mgiur نام دارد اگرچه این گیرنده‌ها به یک نوروترانسمیتر پاسخ می‌دهند، ولی عملکرد آنها نسبت به یکدیگر کاملا متفاوت است. گیرنده‌های ionotropic گلوتامات به کمک کانال‌های یونی خود سبب ایجاد یک پتانسیل پس سیناپسی تحریکی )epsp( می‌شوند در حالی که رسپتورهای نوع metabotropic مانند فعالیت‌های تنظیمی نورون‌ها مسئول تنظیم میزان و ماهیت این پاسخ‌ها هستند با وجود اینکه تمام گیرنده‌‌ها در پلاستیسیته سیناپسی اهمیت دارند اطلاعات ما بیشتر محدود به گیرنده‌های NMDA, AMPA است که به عنوان مولکول‌های حافظه شناخته می‌شوند.
گیرنده‌های AMPA در عمل از همه سریع‌تر عمل می‌کنند. وقتی گلوتامات به این گیرنده‌ها متصل می‌شود، آنها به سرعت کانال‌های یونی خود را باز می‌کنند تا یک پتانسیل پیش سیناپسی تحریکی گذرا ایجاد شود. گلوتامات فقط در کسری از ثانیه به گیرنده‌های AMPA متصل می‌شود و به محض اینکه این گیرنده‌ها را ترک کرده و از سیناپس فاصله می‌گیرد، کانال‌های یونی بسته شده و پتانسیل الکتریکی مجددا به وضعیت استراحت برمی‌گردد. اینها وقایعی است که در حین فرستادن سریع اطلاعات بین نورون‌ها رخ می‌دهد.
گیرنده‌های:  NMDA دستگاه‌های مولکولی
گلوتامات همچنین می‌تواند به گیرنده‌های NMDA بر روی نورون پس سیناپسی متصل شود. این اتصال یکی از مکانیسم‌های مولکولی مهم آغازگر پلاستیسیته است. اگر سیناپس به کندی برقرار شود، گیرنده‌های NMDA نقش کمی خواهند داشت یا هیچ نقشی ایفا نمی‌کنند. زیرا به محض اینکه گیرنده‌های NMDA کانال‌های یونی خود را باز می‌کنند، این کانال‌ها توسط یون دیگری که در سیناپس موجود است مسدود می‌شوند- یون منیزیم (2. )+Mg اما زمانی که گیرنده‌های NMDA توسط چندین پالس به سرعت فعال شوند به سرعت این تحریک را احساس می‌کنند. این افزایش فعالیت سیناپسی سبب ایجاد دپلاریزاسیون وسیعی در نورون و دفع منیزیم (2)+Mg از کانال‌های یونی گیرنده‌های ( NMDAبه کمک پدیده‌ دفع الکتریکی) می‌شود. در آن هنگام، رسپتورهای NMDA قادر خواهد بود به سرعت در ارتباط سیناپسی سهیم شوند.
این رسپتورها به دو طریق عمل می‌کنند: اولا، همانند رسپتورهای AMPA ، یون‌های +Na و +K را عبور می‌دهند تا به دپلاریزاسیون افزوده شود؛ ثانیا، به یون‌های کلسیم (2)+Ca اجازه ورود به سلول عصبی را می‌دهند. به عبارتی دیگر، گیرنده‌های NMDA فعالیت عصبی شدید را احساس کرده و پیامی به شکل افزایش ناگهانی یون‌های 2+Ca در داخل سلول به نورن‌ها می‌فرستند. این افزایش 2+Ca نیز بسیار کوتاه است و بیشتر از یک ثانیه طول نمی‌کشد. البته کلسیم مولکولی حیاتی برای سلول است چرا که در هنگام فعال شدن گیرنده‌های NMDA به نورون پیغام می‌فرستد.
زمانی که 2+Ca به داخل سلول رسید، در محل فعال شدن گیرنده‌های NMDA، به پروتئین‌هایی که به محل سیناپس بسیار نزدیکند متصل می‌شود. بسیاری از این پروتئین‌ها به طور فیزیکی به گیرنده‌های NMDA متصلند و تشکیل یک ماشین مولکولی را می‌دهند. بعضی از آنها آنزیم‌هایی هستند که در تماس با یون 2+Ca فعال می‌شدند و می‌توانند سبب تغییرات شیمیایی در پروتئین‌های مستقر در محل سیناپس یا نزدیک به آن شوند این تغییرات شیمیایی اولین سطوح شکل‌گیری حافظه به شمار می‌آیند.
رسپتورهای :AMPA ماشین‌های مولکولی جهت نگهداری حافظه
اگر فعال شدن گیرنده‌های NMDA سبب تغییرات شکل‌پذیر در اتصالات نورون‌ها می‌شود، این تغییرات به چه ترکیبی نمایان می‌شوند؟ یک مکانیسم ممکن، آزادسازی بیشتر نوروترانسمیترهاست. این راه ممکن است ولی علاوه بر آن امروزه تقریبا مطمئن هستیم که یکی از این مکانیسم‌ها از طریق گیرنده‌های AMPA در بخش پس سیناپسی سیناپس‌ها است که می‌تواند سبب قدرت بیشتر اتصال سیناپسی گردد و این کار را به طرق مختلف می‌تواند انجام دهد.
مثلا از طریق بالا رفتن کارایی در گیرنده‌های AMPA و عبور دادن جریان بیشتر به نورون پس سیناپسی. راه دوم این است که به گیرنده‌های AMPA بیشتری اجازه دهیم در محل سیناپس قرا گیرند. در هر دو حالت، نتیجه ایجاد پتانسیل EPSP بزرگتر خواهد بود- پدیده .LTP از طرفی دیگر، کاهش کارایی یا تعداد گیرنده‌های AMPA در محل سیناپس منجر به پدیده LTD خواهد شد. زیبایی مکانیسم‌های ایجاد کنند LTP یا LTD در هوشمندی و در عین حال سادگی آن است- همه این اتفاقات می‌تواند فقط در یک خار دندریتی واحد انجام گیرد و در نتیجه قدرت سیناپسی را به صورت کاملا موضعی تغییر دهد.
تمرین مغزی
تغییرات فعالیت گیرنده‌های AMPA همه ماجرا نیست. زمانی که حافظه‌ای دائمی می‌شود. در مغز یک سری تغییرات ساختاری ایجاد می‌شود. سیناپس‌هایی که در نتیجه پدیده LTP رسپتورهای AMPA بیشتری دارند، تغییر شکل داده و ممکن است بزرگتر شوند.
از طرفی دیگر سیناپس‌هایی که در نتیجه پدیده LTP رسپتورهای AMPA خود را از دست می‌دهند، ممکن است تحلیل بروند یا بمیرند. ماده فیزیکی تشکیل دهنده مغز ما در پاسخ به فعالیت مغزی در حال تغییر است. فعالیت و تمرین مغزی برای مغز مفید است. همان‌طور که عضلات ما در نتیجه تمرینات فیزیکی رشد کرده و قوی‌تر می‌شوند، به نظر می‌رسد در مورد ذهن و حافظه نیز هر چه بیشتر از مغز استفاده کنیم. تعداد سیناپس‌ها بیشتر و سازماندهی آنها بهتر خواهد شد. نحوه یادگیری ما به شدت تحت تاثیر وضعیت روحی‌مان می‌باشد- مثلا تمایل به یادداشتن وقایعی داریم که با تجربیات شادی‌بخش، غمناک یا دردناک در ارتباطند. در ضمن وقتی بیشتر توجه می‌کنیم، بهتر یاد می‌گیریم! در وضعیت‌های مختلف ذهن آزاد سازی نورو مادولاتورها نظیر استیل کولین (در مواقع توجه بیشتر)، دوپامین، نورآدرنالین و هورمون‌های استروئیدی مانند کورتیزول (در مواقع استرس و اضطراب) تغییر می‌یابد. این مواد تاثیرات متعددی بر نورون‌ها دارند که بسیاری از این تغییرات شامل تغییر در فعالیت گیرنده‌های NMDA می‌باشند. برخی از این مواد نیز سبب فعال شدن ژن‌های مربوط به یادگیری می‌شوند. پروتئین‌هایی که در نتیجه فعالیت این ژن‌ها ساخته می‌شوند سبب پایداری و طولانی‌تر شدن LTP می‌گردند.
دکتر درون
یکی دیگر از عملکردهای پلاستیستیه در مغز ما کمک کردن در بهبود مغز در صدمه‌های مغزی است. مثلا در سکته‌های مغزی و آسیب جدی مغز که نورون‌های کنترل کننده برخی حرکات ممکن است از دست بروند، با توجه به اینکه این نورون‌های از دست رفته مجددا رشد نمی‌کنند. نورون‌های دیگری با یادگیری دوباره سعی می‌کنند خود را طوری تغییر دهند که از عهده وظایف نورون‌های از دست رفته برآیند. این پدیده یادگیری دوباره یکی از جالب‌ترین توانایی‌های مغز به شمار می‌رود.