ساختن یک مغز، سلول به سلول؛ محققان یک شبکه کوچک عصبی می‌سازند.

مغز انسان یک واحد پردازشی عالی و به طرز فوق العاده‌ای پیچیده است، که از تریلیون‌ها اتصال، بین میلیاردها سلول عصبی تشکیل شده است. درک چنین ساختار پیچیده‌ای، از لحاظ علمی سنگین است و محققان اغلب از مدل‌های ساده شده برای حل تکه‌های کوچکی از پازل‌های نورولوژیک مغز استفاده می‌کنند.

محققان ژاپنی روش جدیدی را توضیح می‌دهند، که در آن از ظروف میکروسکوپی برای اتصال نورون‌ها به ‌یکدیگر استفاده می‌کنند و هر بار فقط یک سلول!

پژوهش در حوزه مغزی اغلب شامل استفاده از محیط‌های کشت in vitro می‌باشد. یک محیط کشت نماینده‌ی یک نسخه‌ی بسیار کوچک شده از مغز است، که می‌تواند به صورت شیمیایی یا الکتریکی دستکاری شود. اگرچه محیط‌های کشت در تحقیقات عصب شناسی واجب و ضروری هستند، اما از محدودیت‌های قابل ملاحظه‌ای رنج می‌برند.

این مدل‌ها چندین دهه است که قابل استفاده‌اند. مشکل اینجاست که کنترل این مدل‌ها بسیار دشوار است، چون نورون‌ها با یکدیگر اتصالات تصادفی و بی‌نظم ایجاد می‌کنند. اگر ما بتوانیم روشی پیدا کنیم که توسط آن شبکه‌های عصبی را به شیوه‌ی قابل کنترل‌تری تولید کنیم، می‌توانیم به پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در درک خود از مغز برسیم.

محققان با استفاده از دیدگاه‌های جدید در رابطه با نحوه‌ی رفتار نورون‌ها، به طور اختصاصی، اشکال هندسی، می‌توانند نورون‌ها را راهنمایی کنند و به آن‌ها بگویند در کجا و چگونه رشد کنند. در این صورت، تیم تحقیقاتی از یک ماده‌ی چسبنده به نورون استفاده کرد تا یک ظرف کشت بسازد. ظرف ساخته شده به صورت دایره‌ای است که دارای دو بیرون‌زدگی مستطیلی است، به طوری که ‌یک مهره میان یک بند را شبیه‌سازی می‌کند. محققان دریافتند که این امر باعث رشد نورون‌ها به‌ یک شکل خیلی خاص می‌شود: هنگامی که نورون‌ها در ظرف قرار می‌گیرند، بدنه‌ی سلول عصبی درون دایره قرار می‌گیرد، در حالی که آکسون‌ها و دندریت‌ها به درون مستطیل‌ها رشد می‌کنند.

Yoshida می‌گوید: مهم ترین نکته در این سیستم این است که ما می‌توانیم نحوه‌ی اتصال نورون‌ها به‌یکدیگر را کنترل کنیم. ما این ظروف را طوری طراحی کرده‌ایم که قابل حرکت باشد، بنابراین با حرکت دادن آن‌ها در حقیقت دو نورون را در کنار هم قرار می‌دهیم و می توانیم ببینیم که آیا نورون‌ها قابلیت ارسال سیگنال به‌یکدیگر را دارند یا خیر.

نورون‌ها از طریق سیناپس‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. با استفاده از یک تکنیک برای ترسیم قسمت‌های مختلف یک سیناپس، تیم تحقیقاتی دریافتند که نورون‌های درون میکروظرف‌های تولیدی شان قابلیت این را دارند که این ساختارها را ایجاد کنند. هنگامی که ‌یک نورون یون‌های الکتریکی ایجاد می‌کرد، نورون متناظر نیز در همان زمان این عمل را تکرار می‌کرد.

Shoji Takeuchi می‌گوید: این اولین بار است که از میکروظرف‌‌های قابل حرکت برای ایجاد اثرات مورفولوژیک در نورون‌ها و تشکیل ارتباطات فعال استفاده می‌شود. ما معتقدیم این تکنیک می‌تواند در نهایت به ما اجازه دهد که مدل‌های شبکه عصبی ساده‌ای را به صورت سلول به سلول طراحی کنیم. این تکنیک می‌تواند مسیرهای تحقیقاتی زیادی را به روی ما باز کند، که در حال حاضر و با ابزارهای سنتی قابل دسترس نیستند، و این چشم اندازی هیجان انگیز برای ماست.

منبع: دانشگاه توکیو