روشی برای کنترل تشنج و حملات صرع از طریق نورون‌های مغز انسان

مغز ساختار بسیار دقیق و ظریفی دارد. عملکرد این ساختمان پیچیده به فعالیت‌های بسیار حساس الکتریکی بستگی دارد که باعث رد و بدل شدن پیغام‌های شیمیایی بین نورون‌ها می‌شود. نورون‌ها سلول‌های عصبی هستند که وظیفه‌ی انتقال سیگنال‌های عصبی را بر عهده دارند.

اما گاهی این تعادل ظریف مغز به دلایل مختلفی از جمله در اثر بیماری صرع از کنترل خارج می‌شود. نوار مغزی یا EEG می‌تواند فعالیت‌های مغزی را به تصویر کشیده و نشان دهد که فعالیت مغزی هنگام تنشج چگونه با الگوی امواج طبیعی فعالیت مغزی تفاوت دارد.

داروهای در دسترس برای صرع راه حل کاملی برای درمان این بیماری ارائه نمی‌دهند. پیش‌بینی حمله‌‌های صرع بسیار سخت و نامحتمل است، و حتی در صورت پیش‌بینی، روشی برای دخالت به‌منظور جلوگیری از حمله وجود ندارد. با این که داروهای متعددی برای بیمارانی که با این بیماری دست و پنجه نرم می‌کنند وجود دارد، اما این داروها عوارض زیادی دارند و حتی برای همه‌ی بیماران کارساز نیستند.

راشل هاینز عصب‌شناس که نویسنده‌ی متن اصلی این گزارش است در بخشی از صحبت خود اشاره می‌کند:

زمانی که من در آزمایشگاه عصب‌شناسی خودم مشغول کار هستم، گاهی اوقات دست از کار می‌کشم و به این فکر می‌کنم که زندگی کردن با مغزی که از کنترل خارج است چقدر می‌تواند مشکل باشد. همین موضوع باعث انگیزه‌ی بیشتر من می‌شود. آیا راهی وجود دارد که کنترل نورون‌های شورشی را دوباره به دست آورد؟ من فعالیت‌های علمی خودم را روی این موضوع متمرکز کردم که آیا بخشی از هر سلول عصبی می‌تواند به ما برای انجام این کار کمک کند یا نه.

یک سوییچ کنترلی برای مغز

گروهی از عصب‌شناسان همیشه مشتاق یادگیری بیشتر در مورد بخشی از نورون‌ها با نام بخش اولیه اکسون بوده‌اند. هر نورونی دارای این قسمت کوچک است. در واقع بخش اولیه اکسون جایی است که نورون تصمیم می‌گیرد تا یک سیگنال الکتریکی را شلیک کند و نتیجه‌ی آن هم فرستادن یک پیام شیمیایی به سلول مجاور خواهد بود.

در این قسمت، رابطه‌های مخصوص کنترلی وجود دارند که می‌توانند تصمیم‌گیری سلول‌های عصبی را تغییر دهند.  وجود این قسمت برای سازمان‌دهی الگوی فعالیت مغزی ضروری است و در حقیقت به‌طور مستقیم بر رفتار ما تاثیر می‌گذارد.

برای مثال زمانی که می‌خواهید به خواب بروید، فعالیت مغزی شما باید کاهش پیدا کند و فعالیت الکتریکی آن در نوسان پایین انجام بپذیرد. برعکس، زمانی که شما باید روی یک مسئله‌ی مهم تمرکز می‌کنید، فعالیت مغز بیشتر می‌شود و نوسانات ثبت‌شده در نوار مغزی شدید‌تر می‌شود. عدم توانایی مغز در تولید و تنظیم چنین الگوهایی با اختلال نورون‌های مغزی ارتباط دارد.

زمانی که بخش اولیه‌ی اکسون از سلول‌های عصبی زیادی به‌طور همزمان یک سیگنال سکوت دریافت کنند، فعالیت مغزی کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه‌ نوار مغزی فرد دارای یک بخش سکوت و کم‌فعالیت خواهد بود. در حالت طبیعی وجود چنین وضعیتی باعث به خواب رفتن شخص می‌شود.

اگر پژوهشگران بتوانند کنترل این ارتباطات مهارکننده را در دست داشته باشند، در عمل خواهند توانست الگوی فعالیت مغزی را هر زمان که بخواهند ریست کنند. با این کار می‌توان کنترل مغز یک شخص مبتلا به صرع را دوباره در اختیار گرفت.

مولکول‌ هایی که واسطه‌ی انتقال پیام هستند

برای شروع مطالعه‌ در مورد این که چطور می‌توان کنترل بخش اولیه اکسون‌ها به دست گرفت، ابتدا لازم است همکاری بین مولکول‌ها در برقراری ارتباطات مغزی را درک کنیم. برای به دست گرفتن قدرت مهارکنندگی در بخش اولیه اکسون، لازم است ابزار لازم برای دریافت سیگنال وجود داشته باشد. در مغز این ابزار چیزی جز دریافت‌کننده‌های گابا  نیست.

هاینز با همکاری هنس ماریک و هرمن شیندلین توانست رابطه‌ی نزدیکی بین دو پروتئین با نام‌های (Collybistin) و زیر‌مجموعه‌ای از دریافت‌ کننده‌های گابا A به نام a2 را کشف کنند. درک ارتباط بین این دو مولکول، می‌تواند به سوال‌های بی‌پاسخی در مورد نقش پروتئین‌ها در بخش‌های مهارکننده‌ی سیگنال‌های مغزی جواب دهد. پیش از این پژوهشگران می‌دانستند که زیر مجموعه‌ی a2 متعلق به دریافت‌کننده‌های گابا A در بخش اولیه اکسون وجود دارند؛ اما نحوه‌ی انتقال a2 به آن بخش و نحوه‌ی نگهداری از آن نامشخص مانده بود. کالی‌بیستین شاید کلید درک این معما باشد.

فرض اولیه این بود که این دو پروتئین در بخش اولیه اکسون با یکدیگر همکاری می‌کنند. راشل هاینز برای بررسی بیشتر این موضوع به‌همراه دانشجوی فوق‌ دکترای خود، استفان ماس سعی کردند تبعات همکاری این دو پروتئین را در بخش اولیه‌ی اکسون درک کنند و نهایتا به نحوه‌ی عملکرد مغز پی ببرند:

به همین منظور ما یک جهش ژنتیکی در یک موش آزمایشگاهی به وجود آوردیم و نتیجه‌ی آن این بود که این دو پروتئین دیگر نمی‌توانستند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

در نورون‌هایی که این جهش در آن‌ها ایجاد شده بود، توانایی مهارکنندگی ارتباطات در بخش اولیه اکسون را از دست دادند. با این حال این توانایی در نورون‌های دیگر به قوت خود باقی مانده بود. این آزمایش نشان داد که ارتباط بین دو پروتئین a2 و کالی‌بیستین برای هر سلول کاملا انحصاری و مستقل از سلول‌های دیگر است و در عملکرد بخش اولیه اکسون تاثیر زیادی می‌گذارد.

موش‌های دارای این جهش در دوران رشد خود دچار تشنج می‌شدند؛ اما پس از رسیدن به رشد کامل دیگر نشانی از حملات تشنجی در آن‌ها پیدا نبود. در برخی از نمونه‌های مربوط به بیماری صرع در کودکان نیز چنین رفتاری نیز دیده می‌شود، در واقع برخی از کودکان مبتلا به صرع پس از رسیدن به بزرگسالی دیگر دچار تشنج نمی‌شوند. بنابراین مطالعه و انجام آزمایش روی این نوع جهش می‌تواند گام بزرگی برای درمان بیماری صرع در کودکان به حساب آید. ما امیدواریم این آزمایش به ما در درک بهتر رفتار مغز در حین حملات تشنجی کمک کند. مطالعات بیشتر در این مورد می‌تواند در توسعه‌ی روش‌های درمانی بهتر و فراگیرتر، مانند آنچه که توسط دانشمندان AstraZeneca صورت گرفته، موثر باشد.

عصب‌شناسان مدت‌هاست که در مورد ارتباطات بین دو پروتئین a2 و کالی‌بیسین گمانه‌زنی می‌کردند؛ اما مقاله‌ی منتشرشده توسط هاینز در ژورنال Nature Communications این ارتباطات را به‌صورت کمی تعریف می‌کند.

با این که ما اکنون می‌دانیم دریافت‌کننده‌های گابا A، که به فررستنده‌های عصبی گابا پاسخ می‌دهند، کنترل قابلیت مهارکنندگی سیگنال‌ها را در دست دارند، ولی چگونگی رفتار کل این مجموعه تا حدی ناشناخته باقی مانده است. سیگنال‌های گابا بسیار متنوع هستند و انوع مختلفی از ارتباطات برقرار می‌کنند و روی سیگنال‌دهی عصبی تاثیر می‌گذارند، همچنین علاوه بر بیماری صرع، اختلال در سیگنال‌دهی گابا با چندین نوع اختلال عصبی مختلف در مغز ارتباط دارد و بر پیچیدگی درک مکانیزم‌ آن می‌افزاید.

هدف نهایی این مطالعه پیدا کردن روشی برای به دست گرفتن کنترل توانایی مهارکنندگی ارتباطات در بخش اولیه اکسون است. ما می‌خواهیم کنترل این سوئیچ را در اختیار داشته باشیم و هر زمان که سیگنال‌های عصبی خاج از کنترل در حین حمله‌ی عصبی مشاهده کردیم کلید خاموشی مغز را فشار دهیم. هاینز در پایان می‌گوید:

من همیشه درمورد زندگی با بیماری صرع فکر می‌کنم؛ اما درمورد زندگی بدون صرع هم رویا‌پردازی می‌کنم.