أول دليل مباشر على مرونة المشابك العصبية synapses في دماغ ذبابة الفاكهة
التركيب التشريحي للمشابك والخلايا العصبية
حسم العلماء في مختبر كولد سبرنج هاربور النقاش الذي ظل عقودا طويلة دائرا حول كيفية حدوث التحولات في المخ أثناء عملية التعلم.
قام العلماء للمرة الأولى بمراقبة الدليل المباشر على مرونة المشابك العصبية من خلال متابعة التغيرات في قوة الترابط بين الخلايا العصبية باستخدام أدوات طورت حديثا لمعالجة مجموعات معينة من الخلايا العصبية في دماغ ذبابة الفاكهة أثناء تعلمها.
قال قائد الفريق البحثي: “لقد أظهرنا شيئا قد كنا نأمل في رؤيته منذ فترة طويلة، وقد رأيناه بشكل قاطع”.
تعد حشرة ذبابة الفاكهة نموذجا قويا للدراسة والتعلم نظرا للبساطة النسبية لتشريحها العصبي والذي يتمثل في نوعين فقط من المشابك العصبية التي تفصل هوائي الكشف عن الرائحة عن مركز الذاكرة وحاسة الشم في الدماغ تلك التي تسمى جسم الفطر mushroom body.
في السابق رصد الباحثون منطقة جسم الفطر إضافة إلى مناطق أخرى تُرسل إليها الإشارات العصبية وذلك باستخدام تقنية تسمى التصوير بالكالسيوم.
مكن هذا النهج الباحثين السابقين من مراقبة التغيرات في النشاط العصبي المصاحب لعملية التعلم. إلا أن هذا الأسلوب لم يكشف بدقة عن كيفية تعديل النشاط الكهربي للخلايا العصبية بما أن الكالسيوم ليس الأيون الوحيد المشارك في الإشارات العصبية، وكيفية إرتباط هذه التغييرات بسلوك الحيوان لم تكن واضحة.
استطاع الباحثون التركيز على جزء مهم بشكل خاص في دماغ الذبابة بعد أن استطاعوا ربط النشاط العصبي بالسلوك.
استخدم الباحث الرئيسي خبرته في التسجيلات الكهربية الفسيولوجية للدراسة المباشرة للتغيرات في قوة المشابك العصبية في البقعة المطلوبة.
قام الباحثون بتعريض ذباب الفاكهة لاختبار رائحة محددة وبعد فترة زمنية قصيرة للغاية عرضوها على إشارة اصطناعية مكروهة بحيث أطلقوا حزم صغيرة من ضوء الليزر على الخلايا العصبية المنتجة للدوبامين في جسم الفطر في دماغ الذبابة الذي تم هندسته وراثيا بحيث يصبح نشطا في الاستجابة للضوء.
الخلايا العصبية المنتجة للدوبامين في الذبابة مثلنا تماما وتشتمل على مسألة الثواب والعقاب، لذا قدموا لها رئحة الكرز الجاذبة للذباب وفي نفس الوقت إثارة خلايا عصبية خاصة بالدوبامين لتدريبها على تجنب الرائحة.
حدد الباحثون الخلايا العصبية التي تفاعلت مع اختبار الرائحة والخلايا العصبية التي ارتبطت بالاستجابة السلوكية لهذه الرائحة. هذه الخلايا العصبية مرتبطة ببعضها البعض في حين أن خلايا الدوبامين العصبية التي تمثل إشارة العقاب تعدل هذا الارتباط.
ثم قام الفريق بتسجيل للخلايا العصبية التي تمثل السلوك، ومكنها ذلك من اكتشاف أي تغييرات على مدخلات المشابك العصبية تلك الخلايا العصبية الواردة من الخلايا العصبية التي تمثل الرائحة قبل وبعد التعلم.
اللافت للنظر هو أن فريق الباحثين وجد انخفاضا كبيرا في مدخلات المشابك العصبية بعد العروض المتلاحقة لاختبار الرائحة، ولكن لم يحدث ذلك في رائحة التحكم المستخدمة في البحث. يعكس هذا الانخفاض انخفاض لجاذبية الرائحة التي نتجت عن التعلم. وكان متوسط انخفاض قوة المشابك العصبية حوالي 80 في المئة وهذه نسبة ضخمة.
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/12/151202132749.htm
