ابتكر العلماء الخرائط الأكثر تفصيلاً حتى الآن لكيفية تمايز أدمغتنا عن الخلايا الجذعية أثناء التطور الجنيني والحياة المبكرة. في أ مجموعة من خمس ورقات نشرت في طبيعة وفي الخامس من نوفمبر، قاموا بتتبع مئات الآلاف من خلايا الدماغ المبكرة في القشرة الدماغية لدى البشر والفئران، والتقطوا بدقة غير مسبوقة الأحداث الجزيئية التي تؤدي إلى ظهور خليط من الخلايا العصبية والخلايا الداعمة.

يقول هونجكوي زينج، نائب الرئيس التنفيذي لمعهد ألين لعلوم الدماغ في سياتل بواشنطن، والمؤلف المشارك لورقتين بحثيتين ضمن المجموعة: «إنها حقًا المسودة الأولى لأي «أطالس خلوية» للدماغ النامي».

أكبر خريطة دماغية على الإطلاق توضح تفاصيل عدد كبير من الخلايا العصبية ونشاطها

يمكن لهذه الأطالس أن تقدم طرقًا جديدة لدراسة الحالات العصبية، مثل مرض التوحد والفصام، حيث يمكن للباحثين الآن “التنقيب في البيانات، والعثور على الجينات التي قد تكون حاسمة لحدث معين في نوع معين من الخلايا وفي نقطة زمنية معينة”، كما يقول زينج. يضيف زولتان مولنار، عالم الأعصاب التنموي بجامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة، والذي لم يشارك في أي من الدراسات: “أمامنا وقت مثير للغاية”.

يعد هذا العمل جزءًا من شبكة أطلس الخلايا لمبادرة BRAIN (BICAN) – وهو مشروع أطلقته في عام 2022 مبادرة أبحاث الدماغ من خلال تطوير التقنيات العصبية المبتكرة (BRAIN) في المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة بتمويل قدره 500 مليون دولار أمريكي لبناء خرائط مرجعية لأدمغة الثدييات.

أنماط التطور

ترسم اثنتين من الأوراق البحثية أجزاءً من القشرة الدماغية للفأر، وهي منطقة الدماغ المسؤولة عن الوظائف الإدراكية والإدراك.

ركزت زينج وزملاؤها على كيفية تطور القشرة البصرية من أجنة عمرها 11.5 يومًا إلى 56 يومًا بعد الولادة. قاموا بإنشاء أطلس يضم 568654 خلية فردية وحددوا 148 مجموعة خلايا و714 نوعًا فرعيًا¹. يقول تسنغ: “إنه أول أطلس كامل عالي الدقة لتطور القشرة المخية، بما في ذلك مرحلتي ما قبل الولادة وما بعد الولادة”.

وتقول إن إحدى المفاجآت هي عدد الخلايا العصبية التي استمرت في اتخاذ هويات متخصصة بعد الولادة، خاصة بين اليوم الحادي عشر، عندما تفتح الفئران حديثة الولادة أعينها لأول مرة، وحتى اليوم الحادي والعشرين.

وركزت دراسة أخرى على نمو الدماغ في الأجنة البشرية. يقول توماس نوفاكوفسكي، عالم الأعصاب في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو: إن كيفية ظهور خلايا الدماغ المختلفة «هو سؤال طويل الأمد في علم الأحياء العصبية التنموي». قام هو وزملاؤه بإنشاء خريطة شجرة العائلة للخلايا القشرية البشرية² باستخدام أنسجة المخ التي تم جمعها من 8 أجنة بشرية في مراحل مختلفة من النمو.

أنسجة المخ، تتجمع! داخل الدفع لبناء نماذج دماغية أفضل

وقد حددوا 6402 خلية سلفية في هذه الأنسجة وأدخلوا “رمزًا شريطيًا” فريدًا للحمض النووي في كل منها. سمح هذا للباحثين بتتبع الخلايا الجذعية التي تولد أي نوع من خلايا الدماغ، لأنه عندما تنقسم الخلايا، يتم نسخ الرموز الشريطية وتمريرها إلى الخلايا الوليدة.

وجد نوفاكوفسكي وفريقه أنه في الأجنة التي يقل عمرها عن 20 أسبوعًا، كانت الخلايا السلفية تتطور في الغالب إلى خلايا عصبية مثيرة، وهي الخلايا التي تنقل الإشارات الكهربائية لتنشيط الخلايا العصبية الأخرى. ولكن بعد 20 أسبوعًا، تحولت الخلايا إلى توليد خلايا عصبية مثبطة، والتي توقف الاتصال العصبي. يقول مولنار: “يوضح هذا كيف تنتقل هذه الأسلاف من نوع إلى آخر”.

لاحظ الفريق أيضًا أن توليد أنواع أخرى من خلايا الدماغ – تسمى الخلايا النجمية والخلايا الدبقية قليلة التغصن – عند البشر “يبدو أكثر استمرارًا وأطول أمدًا”، مقارنة بالفئران، حسبما يضيف نوفاكوفسكي.

يقول نواكوفسكي: “نحن في الواقع لا نعرف ما الذي يتحكم في كل هذه البرامج والتبديلات التنموية أو سبب حدوثها أثناء التطوير وخاصة في مثل هذه اللحظات الدقيقة”. ويضيف أن معالجة هذه الأسئلة ستكون هدفًا رئيسيًا للدراسات المستقبلية.