چگونه بیان ژن های مغز بین زندگی و مرگ تغییر می کند

محققان پروژه مغز زنده در تلاشند تا تفاوت های قابل توجهی در بیان ژن بین مغزهای زنده و مرده را بررسی کنند و با استفاده از روش های نوین، داده های مفیدی برای درک بهتر از مغز و درمان بیماری های روانی ارائه دهند. این پروژه می تواند منجر به توسعه درمان های جدید با استفاده از فناوری های نوین مانند هوش مصنوعی شود.

🧠 پروژه مغز زنده

از زمان انتشار پروژه ژنوم انسان، محققان حوزه ژنومیک به بررسی عمیق تر بنیان های زیست شناسی و بیماری های انسانی پرداخته اند. این پژوهش ها شامل مطالعه پروفایل های ترانسکریپتومی (اطلاعات RNA) و پروتئینی (اطلاعات پروتئین ها) بدن می باشد. این تکنولوژی ها که به طور کلی به نام کلی‌نظری یا اومیکس شناخته می‌شوند، بینش های جدیدی درباره سلامت و اختلالات انسانی ارائه داده اند.

با این حال، در زمینه عصبی‌شناسی، پژوهش های اومیکس عمدتاً به نمونه های پس از مرگ وابسته بوده اند تا نتیجه گیری هایی درباره عملکردهای مولکولی مغز ارائه دهند. در حالی که این موضوع سوالاتی درباره دقت این داده ها در نمایندگی از مغز انسان زنده ایجاد کرده است. دو محقق از مدرسه پزشکی آیکان در کوه سینا، الکساندر چارنی (روانپزشک) و برایان کاپِل (جراح مغز) تصمیم گرفتند این مفهوم را مورد آزمایش قرار دهند و پروژه مغز زنده را آغاز کردند تا زیست شناسی مغز انسان در زمان زندگی را مطالعه کنند.

چارنی در سال 2012 با عنوان یک رزیدنت روانپزشکی در حال بررسی عوامل ژنتیکی اسکیزوفرنی بود، زمانی که اومیکس در این حوزه شکل گرفت. او گفت: "من تحت تأثیر قرار گرفتم که چقدر این حوزه به طور کامل حول استفاده از نمونه های مغز پس از مرگ برای درک زیست شناسی بیماری های روانی متمرکز شده بود."

از آنجا که این یافته ها مبنای توسعه داروهای روانپزشکی قرار می گرفتند، او نگران بود که چگونه این تفاوت های بالقوه بین مغزهای زنده و مرده می تواند بر انتقال نتایج تأثیر بگذارد. با این حال، به دست آوردن بافت مغزی زنده پیچیده است، که منجر به وابستگی محققان به نمونه های پس از مرگ می شود.

چارنی به مطالعه بافت مغز از بیمارانی که تحت تحریک عمقی مغز (DBS) قرار گرفته بودند، فکر کرد و این که آیا می‌تواند بافت مغز زنده را از ابزارهای جراحی جمع‌آوری کند. او با کاپِل که جراحی‌های DBS را انجام می‌داد، تماس برقرار کرد. "این با مأموریت من به عنوان یک جراح مغز دانشگاهی همخوانی داشت،" کاپِل گفت.

تلاش های اولیه تیم برای استفاده از سلول های باقی مانده بر روی ابزارهای کاپِل ناموفق بود، اما کاپِل یک جایگزین را پیشنهاد کرد: در طول جراحی DBS، او بافتی را که قرار است پروب را وارد کند، سوزانده می‌کند و می‌تواند قبل از جراحی یک نمونه برداری از آن ناحیه انجام دهد بدون اینکه تأثیری بر بیمار بگذارد.

چارنی توضیح داد که پس از غلبه بر مشکل جمع آوری نمونه های مغز زنده، تیم به طراحی یک مطالعه دقیق پرداخت، "در غیر این صورت هیچ کس به یافته ها باور نخواهد کرد." او افزود، بیشترین ناحیه هدف مغز در DBS، قشر پیشانی است که با بیشتر نمونه های مغز پس از مرگ مطالعه شده همخوانی دارد و این امکان را برای تیم فراهم می کند تا همین ناحیه مغز را مقایسه کند.

در مطالعه اول خود، تیم تفاوت های بزرگی در بیان ژن بین بافت مغز زنده و پس از مرگ توصیف کرد. "که تعجب آور نیست چون یک فرد مرده نمی‌تواند کاری انجام دهد و یک فرد زنده می‌تواند کارهای شگفت‌انگیزی انجام دهد،" چارنی گفت. این تیم سپس به بررسی بیشتر این تفاوت‌ها پرداخته و به بررسی تفاوت‌های پردازش RNA، بیان پروتئین و انواع سلول‌ها با استفاده از ابزارهای اومیکس پرداخت.

همچنین، کاپِل گفت، "این یک فرصت است نه تنها برای پاسخ به سوالات مورد نظر ما، بلکه برای ارائه مجموعه ای منحصر به فرد از داده هایی که در آینده برای علم و دانشمندان مفید خواهد بود." به عنوان مثال، کاشت های مغزی توسعه یافته‌اند که می‌توانند یک سری از شرایط عصبی و روانپزشکی را درمان کنند. کاپِل گفت که تعداد بیشتری از آنها به طور فزاینده ای از هوش مصنوعی استفاده خواهند کرد، که نیاز به آموزش الگوریتم ها با اطلاعات مرتبط دارد. "می‌توانید تصور کنید که یک مجموعه داده چنین چه تأثیری در آموزش این دستگاه‌ها خواهد داشت؟" کاپِل پرسید.

🔍 نتایج پروژه مغز زنده

اگرچه محققان به سوال اولیه خود در پروژه مغز زنده پاسخ دادند، اما چارنی گفت، "ما فقط در حال آغاز به سطح آنچه می‌توان از این رویکرد آموخت هستیم."