رازهای مغز با قورباغه‌های سایبورگ فاش می‌شود

پژوهشگران با کارگذاری ایمپلنت‌های نرم در جنین قورباغه، موفق به ثبت زنده‌ی رشد مغز از ابتدا تا بلوغ شدند‌.

به گزارش برنا به نقل از newscientist، پژوهشگران دانشگاه هاروارد با استفاده از یک فناوری نوآورانه موفق شدند فعالیت‌های عصبی را در قورباغه‌ها از نخستین مراحل رشد جنینی تا دوران بلوغ رهگیری کنند؛ اقدامی که می‌تواند به درک بهتر فرآیند‌های پیچیده‌ی رشد مغز کمک کند.

در این پروژه تیم تحقیقاتی به سرپرستی جیا لیو موفق شد ایمپلنتی الکترونیکی را در مرحله‌ی ابتدایی تشکیل صفحه عصبی جنین قورباغه‌های Xenopus laevis (قورباغه پنجه‌دار آفریقایی) وارد کند. این صفحه، ساختار پیش‌زمینه‌ی لوله عصبی و در نهایت مغز را تشکیل می‌دهد.

تا پیش از این، ابزار‌هایی مانند تصویربرداری fMRI یا الکترود‌های سخت برای بررسی رشد مغز مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ اما دقت پایین تصویربرداری و آسیب‌های مکانیکی ابزار‌های سخت، مانعی جدی برای ردیابی پیوسته‌ی تحولات عصبی در طول رشد بودند.

اکنون پژوهشگران ماده‌ای نرم و انعطاف‌پذیر به نام پرفلوروپلیمر را شناسایی کرده‌اند که خواص مکانیکی آن با بافت نرم مغز هم‌خوانی دارد. آنها با استفاده از این ماده، یک مش الکترونیکی بسیار نازک و کشسان تولید کرده‌اند که روی صفحه‌ی عصبی جنین قرار داده شده و همزمان با رشد بافت عصبی، به تدریج در ساختار مغز ادغام شده است. این مش بدون آسیب‌زدن به مغز یا تحریک سیستم ایمنی، فعالیت عصبی را به‌صورت زنده ثبت می‌کند.

یکی از یافته‌های کلیدی این پژوهش آن است که الگو‌های فعالیت عصبی در طول رشد، همزمان با تمایز سلولی و شکل‌گیری ساختار‌های تخصصی در مغز به‌تدریج تغییر می‌کنند؛ موضوعی که تا کنون به‌صورت مستقیم قابل مشاهده نبود. به گفته لیو، این اولین بار است که مسیر "برنامه‌ریزی خودکار" بافت عصبی به یک ساختار محاسباتی تا این حد شفاف مورد بررسی قرار می‌گیرد.

همچنین، این ابزار در بررسی مجدد یک فرضیه قدیمی درباره‌ی جانورانی با توان بازسازی اندام مانند آکسلوتل (سمندر مکزیکی) به کار گرفته شد. پژوهشگران دریافتند که پس از قطع عضو، الگو‌های فعالیت مغز به حالت ابتدایی رشد بازمی‌گردند؛ یافته‌ای که تئوری بازگشت به مرحله‌ی توسعه‌ای پیشین را تأیید می‌کند.

تیم لیو در حال حاضر این فناوری را برای استفاده در مدل‌های پستانداران، به‌ویژه موش‌ها، توسعه می‌دهد. با توجه به اینکه رشد جنین پستانداران در رحم اتفاق می‌افتد، استفاده از این ایمپلنت مستلزم لقاح آزمایشگاهی و روش‌های پیچیده‌تری برای خواندن سیگنال‌ها خواهد بود.

با این حال، امید می‌رود که این روش، امکان ردیابی دقیق شروع بیماری‌هایی مانند اوتیسم یا اسکیزوفرنی را در مراحل اولیه رشد عصبی فراهم کند.

به گفته کریستوفر بتینگر از دانشگاه کارنگی ملون این ابزار پتانسیل بالایی برای استفاده در زمینه‌های گسترده‌ای از جمله ردیابی بازسازی عصبی-عضلانی پس از آسیب‌دیدگی یا توان‌بخشی دارد.

او این پژوهش را «شاهکاری فنی» توصیف می‌کند که گستره‌ی وسیعی از کاربرد‌های آینده را برای الکترونیک بسیار نرم و سازگار با بافت‌های زنده نوید می‌دهد.