تم اكتشاف إشارة تعد الأولى من نوعها في الدماغ البشري!

اكتشف العلماء آلية فريدة من نوعها للتواصل بين الخلايا داخل الدماغ البشري، مما يسلط الضوء على الأسرار العميقة للعمليات الداخلية لهذا العضو المعقد، حيث يشير هذا الاكتشاف إلى إمكانية أن تكون قدرات الدماغ الحسابية أعظم مما كان متصورًا في السابق.

في دراسة نُشرت عام 2020، قام فريق من الباحثين في ألمانيا واليونان بالإبلاغ عن آلية جديدة في الخلايا القشرية الخارجية للدماغ تولد إشارة "متدرجة" تلقائيًا، توفر للخلايا العصبية وسيلة إضافية لتنفيذ وظائفها المنطقية.

فمن خلال دراسة النشاط الكهربائي لأنسجة مستخرجة من مرضى الصرع خلال العمليات الجراحية، وتحليل تركيبها بالمجهر الفلوري، اكتشف العلماء أن الخلايا في القشرة لا تعتمد على أيونات الصوديوم فحسب، بل تستخدم الكالسيوم أيضًا.

وقد أطلق هذا المزيج من الأيونات الموجبة الشحنة موجات من الجهد الكهربي لم يسبق لها مثيل من قبل، المعروفة باسم جهود الفعل التغصنية بوساطة الكالسيوم أو  dCaAPs.

تُقارن الأدمغة، وخاصة البشرية منها، غالبًا بأجهزة الكمبيوتر، على الرغم من وجود حدود لهذا التشبيه. فكلًا من الأدمغة وأجهزة الكمبيوتر تستخدم الطاقة الكهربائية لإجراء العمليات، لكن بطرق مختلفة. فبينما تعتمد أجهزة الكمبيوتر على تدفق الإلكترونات عبر الترانزستورات، تستخدم الخلايا العصبية موجات من الأيونات المتبادلة عبر قنوات محددة، مما ينتج عنه نبضات تُعرف بإمكانات الفعل.

وتدير الخلايا العصبية هذه الإشارات كيميائيًا في نهاية التشعبات، حيث تعد التشعبات بمثابة إشارات المرور لنظامنا العصبي وتقوم بتنظيم الإشارات العصبية. فإذا كانت إمكانات الفعل قوية بما يكفي، يمكن أن تنتقل إلى الأعصاب الأخرى، مما يؤدي إلى تمرير أو حجب الرسالة.

ومن جهته، قال ماثيو لاركوم، عالم أعصاب بجامعة هومبولت" "إن التشعبات ضرورية لفهم الدماغ، حيث تحدد قوة الحساب للخلايا العصبية الفردية".

وتُشكل الأسس المنطقية لأدمغتنا - تموجات الجهد التي يمكن توصيلها بشكل جماعي في شكلين: إما رسالة AND (إذا تم تشغيل x وy، يتم تمرير الرسالة)؛ أو رسالة OR (إذا تم تشغيل x وy، يتم تمرير الرسالة).

ويُعد الجزء الخارجي الكثيف والمتجعد من الجهاز العصبي المركزي البشري، المعروف بالقشرة الدماغية، من أكثر المناطق تعقيدًا في الجسم. حيث تتميز الطبقتان الثانية والثالثة في العمق بكونهما سميكتين بشكل خاص، وهما مليئتان بالفروع التي تنطوي على وظائف متقدمة نربطها بالإحساس، والتفكير، والتحكم الحركي.

وقد قام الباحثون بدراسة أنسجة هذه الطبقات بعناية، وربطوا الخلايا بجهاز يُعرف بالمشبك الجسدي التغصني لنقل إمكانات الفعل وتسجيل إشاراتها.

ووفقًا لـ "لاركوم"، كان اكتشاف إمكانات الفعل التغصنية لحظة مهمة. للتأكد من صحة الاكتشاف أنه غير مُقتصر على المصابين بالصرع، قام الفريق بفحص النتائج في عينات من أورام الدماغ.

وبينما أجرى الفريق تجارب مماثلة على الفئران، وجدوا أن الإشارات المرصودة في الخلايا البشرية تختلف تمامًا عن تلك الموجودة في الفئران.

ومن الجدير بالذكر أنه عندما أدخل العلماء حاصرات قنوات الصوديوم المعروفة باسم tetrodotoxin إلى الخلايا، ظهرت إشارة متميزة، ولم يتم تهدئة هذه الإشارة إلا بمنع الكالسيوم.

وبينما يُعد اكتشاف إمكانات الفعل التي تعمل بوساطة الكالسيوم بحد ذاته مثيرًا للاهتمام، لكن البحث في كيفية عمل هذه الإشارات الجديدة الحساسة داخل القشرة الدماغية أظهر نتائج مفاجئة. حيث يمكن لهذه الخلايا العصبية الفردية أن تعمل على تنفيذ وظائف منطقية معقدة.

ومن الجدير بالذكر أن هذا الاكتشاف يشير إلى أن الخلايا العصبية الفردية قد تتمتع بقدرات حسابية أكثر تعقيدًا مما كان يُعتقد سابقًا، وهو ما يفتح آفاقًا جديدة لفهم كيفية عمل الدماغ وتطوير تقنيات حوسبة متقدمة مستوحاة من النظام العصبي.

ويُذكر أيضًا أن التكنولوجيا تستلهم من النظام العصبي لابتكار أجهزة أفضل؛ فالإدراك بأن خلايانا الفردية تمتلك بعض الحيل الإضافية يمكن أن يقود إلى طرق جديدة لدمج الترانزستورات في الشبكات. في حين يظل السؤال حول كيفية تحويل هذه الأداة المنطقية الجديدة المحصورة ضمن خلية عصبية واحدة إلى وظائف أعلى موضوعًا يتعين على الباحثين المستقبليين استكشافه.