کشف تکان دهنده دانشمندان درمورد زوال شناختی

به گزارش مجله خبری نگار،/برنا - پژوهشگران برای نخستین‌بار نقشه‌ای سه‌بعدی از میتوکندری‌های مغز تهیه کرده‌اند؛ ساختار‌هایی بسیار کوچک و غشامحور که به‌عنوان نیروگاه‌های سلول‌های مغزی عمل می‌کنند و انرژی حیاتی مورد نیاز این اندام پرمصرف را فراهم می‌سازند. یافته‌های این مطالعه، که در نشریه Nature منتشر شده، می‌تواند به روشن شدن نقش کلیدی انرژی سلولی در عملکرد شناختی و افت تدریجی آن در پیری کمک کند.

چرا انرژی میتوکندریایی مغز اهمیت دارد؟

مغز انسان در حالت استراحت حدود ۲۰ درصد از کل انرژی بدن را مصرف می‌کند. با این حال، تاکنون اطلاعات دقیقی درباره نحوه توزیع و آرایش میتوکندری‌ها در مغز انسان وجود نداشت. اکنون تیمی بین‌المللی از دانشمندان به سرپرستی مارتین پیکارد، روان‌زیست‌شناس دانشگاه کلمبیا، موفق شده‌اند نقشه‌ای جامع موسوم به MitoBrainMap از توزیع این اندامک‌ها در مغز تهیه کنند.

چگونگی تهیه نقشه انرژی مغز

به گزارش earth برای ساخت این نقشه پژوهشگران از ۷۰۳ نمونه بسیار کوچک به اندازه نوک کبریت، از مغز اهدایی یک مرد ۵۴ ساله که بر اثر حمله قلبی درگذشته بود، استفاده کردند. آنها در هر مکعب سه‌میلی‌متری، میزان توان فسفریلاسیون اکسایشی، تعداد نسخه‌های DNA میتوکندریایی، و حجم این اندامک‌ها را اندازه‌گیری کردند.

این نمونه‌برداری که به اندازه دقیق یک واحد تصویربرداری MRI است، با استفاده از ربات‌های برش‌دهنده، ابزار‌های بیوشیمیایی خودکار و توان پردازشی بالا انجام شد تا بافت و پیوستار منطقه‌ای مغز حفظ شود؛ موضوعی که معمولاً در آزمایش‌های لوله‌آزمایش از بین می‌رود.

مغز قدیمی‌تر، انرژی کمتر

نتایج نشان داد نواحی باستانی‌تر مغز مانند ساقه مغز و عقده‌های قاعده‌ای، دارای کمترین تراکم میتوکندری هستند، در حالی‌که چین‌خوردگی‌های قشری (کورتکس)، که در طول تکامل به‌تازگی ظهور یافته‌اند، از تراکم بالاتری از این اندامک‌های پرقدرت برخوردارند.

به گفته پژوهشگران این الگو با آنچه در رفتارشناسی انسانی دیده می‌شود هم‌خوانی دارد: عملکرد‌هایی نظیر تنفس و تعادل، که توسط بخش‌های قدیمی مغز کنترل می‌شوند، تا سنین بالا پایدار باقی می‌مانند؛ اما توانایی‌هایی مانند حافظه کاری و حل مسئله که به نواحی جدیدتر قشر مغز وابسته‌اند، زودتر دچار زوال می‌شوند.

مغز خاکستری در برابر مغز سفید

مطالعه نشان داد که ماده خاکستری مغز حدود ۵۰ درصد میتوکندری بیشتری نسبت به ماده سفید دارد. همچنین، میتوکندری‌های ماده خاکستری توانایی بالاتری در تولید ATP (واحد انرژی سلولی) از خود نشان دادند. این یافته با مطالعات قبلی هم‌خوان است که نشان می‌داد تراکم کمپلکس I میتوکندریایی با IQ و سرعت پردازش ذهنی رابطه دارد.

از آن‌جا که ماده خاکستری مسئول پردازش‌های محلی است و ماده سفید انتقال‌دهنده سیگنال‌های دوربرد، این تفاوت نشان می‌دهد که کارایی شناختی تنها به تعداد میتوکندری وابسته نیست، بلکه به کیفیت عملکرد آنها در تولید انرژی نیز بستگی دارد.

انرژی، کلید عملکرد ذهن

سلامت میتوکندری‌ها با توانایی‌هایی مانند یادگیری، توجه، و تنظیم احساسات در ارتباط مستقیم است. به‌ویژه ناحیه قشر پیش‌پیشانی (prefrontal cortex)، که نقش حیاتی در تصمیم‌گیری و حافظه کاری دارد، نیازمند مقادیر بالایی از ATP برای عملکرد مناسب است. اختلال در تولید انرژی در این نواحی می‌تواند تأثیراتی چشم‌گیر بر تفکر روزمره و رفتار فرد بگذارد.

پیری و اختلالات نورودژنراتیو

مطالعات جدید میتوکندری مغز را به عنوان یکی از عوامل احتمالی در بروز اختلالات عصبی مانند آلزایمر معرفی کرده‌اند. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که اختلال در دینامیک این اندامک‌ها با تجمع آمیلوئید و پروتئین تاو در مغز مرتبط است. حتی فشار‌های روانی و اجتماعی نیز می‌توانند آرایش انرژی در مغز را پیش از ظاهر شدن علائم بالینی تغییر دهند.

گامی به سوی نقشه انرژی‌محور فردی

نتایج اولیه نشان می‌دهد سبک زندگی افراد (رژیم غذایی، الگو‌های خواب، فعالیت بدنی) می‌تواند اثری ماندگار بر نقشه انرژی مغز آنها بگذارد. ترکیب این نقشه با ردیاب‌های سلامت پوشیدنی می‌تواند در آینده امکان نظارت لحظه‌ای بر عملکرد میتوکندری مغز را فراهم کرده و مسیر را برای مراقبت پیشگیرانه واقعی هموار سازد.

این تیم پژوهشی در حال حاضر مطالعه مشابهی را روی ۵۰۰ مغز دیگر آغاز کرده تا الگو‌های مربوط به تفاوت‌های جنسیتی، نژادی و پیشینه بیماری را بررسی کند. در صورت تکرار این الگو‌ها ممکن است در آینده تصویربرداری‌های MRI شامل لایه‌ای از اطلاعات انرژی‌محور شوند که پیش‌بینی خطر افت حافظه را سال‌ها پیش از ظهور آن امکان‌پذیر سازد.