خانهتکانی شبانه مغز؛ سرعت شگفتانگیز سمزدایی مغز در خواب
پژوهشگران برای نخستین بار سرعت دقیق جریان پاکسازی مایعات در مغز و دفع ضایعات مرتبط با آلزایمر در هنگام خواب را اندازهگیری کردند.
فرارو- درک سازوکار سامانهای که در تاریکی خواب شبانه به شستوشوی مغز از پلاکهای سمی میپردازد، دانشمندان علوم اعصاب را به افقهای نوینی در تشخیص زودهنگام و درمان بیماریهای تحلیلبرنده عصبی رهنمون ساخته است.
به گزارش فرارو به نقل از سایتک دیلی، در طول خواب عمیق، جریانی از مایعی شفاف و آبمانند در میان ساختارهای ظریف مغز به حرکت درمیآید تا مواد زائد حاصل از متابولیسم سلولی را شستوشو داده و تخلیه کند. موادی خطرناک که از مهمترین عوامل بروز بیماریهای خطرناک عصبی نظیر آلزایمر به شمار میروند.
این فرآیند حیاتی پاکسازی، «سیستم گلیمفاتیک» نام دارد. این پدیده نخستین بار در سال ۲۰۱۲ میلادی توسط دکتر مایکن ندرگارد، دانشمند پیشگام علوم اعصاب و مدیر مشترک مرکز نورومدیسین دانشگاه راچستر، کشف و برای جامعه علمی توصیف شد. اگرچه از زمان این کشف مهم تاکنون دانستههای علمی درباره سازوکار دفع سموم مغز به میزان چشمگیری ارتقا یافته است، اما ابهامات بنیادینی پیرامون ماهیت دینامیکی آن همچنان حلنشده باقی مانده بود.
یکی از چالشبرانگیزترین مجهولات، تعیین سرعت دقیق جابهجایی این مایع در بخشهای مختلف بافت مغز زنده بود. اندازهگیری چنین جریان آهستهای در سامانهای زنده و فعال، بدون ایجاد آسیبهای ماندگار و برگشتناپذیر، سالها سد راه پژوهشگران بوده است.
پروفسور داگلاس کلی از دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه راچستر در این باره میگوید: «با بهرهگیری از میکروسکوپ میتوان تنها بخش بسیار محدودی از بافت را با وضوح بالا رصد کرد، اما این کار تنها چشماندازی جزئی از کل فرآیند ارائه میدهد. در مقابل، دستگاه امآرآی امکان تصویربرداری سهبعدی از کل مغز را فراهم میسازد، اما یک نقص بنیادین دارد: فناوری امآرآی توانایی ثبت دقیق سرعت جریانهای فوقالعاده کند را ندارد.»
برای حل این چالش پیچیده، تیمی متشکل از دانشمندان دانشگاه راچستر، دانشگاه براون و دانشگاه کپنهاگ رویکردی نوآورانه در پیش گرفتند. آنها در مطالعهای که در ژورنال معتبر «ساینس ادونسز» منتشر شده است، روشی مبتنی بر هوش مصنوعیِ منطبق با قوانین فیزیک ابداع کردند که میتواند نرخ و سرعت حرکت مایع را از خروجیهای امآرآی استخراج کند. در این روش، شبکههای عصبی با تماشای ویدیوهای انتشار مواد رنگی کنتراستزا در بافت مغز آموزش دیدند و بر پایه آن، مدلهای یادگیری عمیق توانستند هم سرعت جریان سیال و هم نفوذپذیری بافت اطراف را بهدرستی تخمین بزنند.
یافتههای این پژوهش پرده از واقعیتی شگفتانگیز برداشت: سامانه پاکسازی مغز دارای دو سرعت کاملاً متفاوت است. در فضاهای بازتر اطراف مغز، بهویژه در لایه بین جمجمه و سطح خارجی قشر مغز، مایع پاککننده با سرعتی معادل چند میکرون بر ثانیه جریان دارد. اما زمانی که این مایع به اعماق بافت متراکم مغز نفوذ میکند، سرعت جریان تا پنجاه برابر کندتر میشود.
این اختلاف چشمگیر سرعت، نشان میدهد پروتئینهای مخربی مانند «آمیلوئید بتا» که عامل کلیدی ایجاد پلاکهای آلزایمر هستند، چگونه ابتدا با آرامش از بافت متراکم عبور کرده و سپس در فضاهای پیرامونی به سرعت شسته میشوند.
در حال حاضر این پژوهشها با تمرکز بر حیوانات آزمایشگاهی نظیر موشها در حال پیگیری است تا دادههای پایه تثبیت شوند و الگوریتمهای هوش مصنوعی دقت خود را ارتقا دهند. با این حال، هدفگذاری نهایی انتقال مستقیم این فناوری به حوزه سلامت انسان است.
پروفسور کلی تأکید میکند: «هدف ما این است که بتوانیم حرکت سیالات را در مغز انسان بسنجیم؛ زیرا پیامدهای بالینی چنین دستاوردی فوقالعاده هیجانانگیز خواهد بود. به واسطه این فناوری میتوان سالها پیش از بروز علائم بالینی آلزایمر، نقص در جریان گلیمفاتیک را شناسایی کرد و مانع از گسترش بیماری شد. همچنین میتوان اختلال در گردش مایعات مغزی را پس از ضربههای مغزی ناشی از حوادث ارزیابی نمود.»
محققان امیدوارند با فراهم آمدن امکان سنجش قابل اتکای این فرآیند آهسته در انسان، مسیرهای تازهای برای مطالعه اثرات مستقیم پیری، آسیبهای تروماتیک و بیماریهای تحلیلبرنده بر گردش طبیعی ضایعات مغزی گشوده شود.
