تکامل مغز در طی حیات | مغزی که خود را تغییر می‌دهد!

پلاستیسیتی سیناپسی (Synaptic Plasticity)

سیستم عصبی قادر است در پاسخ به inputهایی که از محیط اطراف می‌گیرد، از لحاظ ساختاری و عملکردی تغییر کند، این مسئله پلاستیسیتی نامیده می‌شود. بیشترین میزان پلاستیسیتی در دوران تکامل (Development) اتفاق می‌افتد که این دوران، دوره بحرانی (Critical Period) نامیده می‌شود.

بالغ شدن مدارهای سیستم عصبی نهایتا منجر به کاهش پلاستیسیتی می‌گردد (بسته شدن Period Critical)، هر چند بعدها این امکان وجود دارد که به دنبال برخی پاتولوژی‌ها از جمله تروما در سیستم عصبی بالغ نیز پلاستیسیتی دوباره افزایش پیدا کند. فاکتورهای نوروتروفیک، به خصوص BDNF در این زمینه نقش مهمی را ایفا می‌کنند.

تکوین سیستم عصبی مرکزی

از 4/6 بیلیون سال قبل که زمین پدید آمد، حیات نیز آغاز شد، ابتدا گیاهان و سپس موجودات تک سلولی خلق شدند.

حدود 700 میلیون سال قبل سلول عصبی به وجود آمد. سلول‌های عصبی اولیه نیز قابلیت تقسیم و تمایز یافتگی را داشتند.

در روند تکوین، انتقال و تبادل اطلاعات نورون‌ها با یکدیگر و محیط روند رو به افزایشی داشته و به موجب آن ظرفیت و تعداد نورون‌ها بیشتر شده و شبکه‌های عصبی پدید آمده‌اند. شبکه‌های نورونی اولیه از نظر اندازه و پیچیدگی به تدریج رشد کرده‌اند، تا اینکه مغز امروزین به وجود آمده است.

اشرف نورونی حیات

تنها اعضا فرمانرو جانوران، سلول عصبی داشته‌اند و سایر مخلوقات مانند باکتری، گیاهان، جلبک‌ها، خزه‌ها و قارچ‌ها که توان ارتباط و تعامل با محیط را داشته‌اند، فاقد عصب بوده‌اند.

بدوی‌ترین حیوانات مانند اسفنج‌ها سازمان‌بندی نورونی بسیار بدوی داشته‌اند. گیرنده‌های حسی این جانوران در خارج و سطح بدن آنها قرار داشته و فاقد رسپتور ویژه بوده است.

Coelentrates نخستین شاخه از فرمانرو جانوران هستند که ساده‌ترین شکل دستگاه اعصاب را داشته‌اند. دستگاه عصبی این جانوران از گیرنده حسی، عمل کننده حرکتی و یک سلول گانگلیونی ساخته شده بود که در قسمت قدامی سر آنها قرار داشته است.

عصب بدون پوشش

نخستین سلول عصبی فاقد آکسون و دندریت بوده است که به واسطه ترشح مواد شیمیایی و تکانه‌های الکتریکی بر سلول‌های دیگر اثر گذاشته است. در کرم‌های خاکی، جسم سلولی این نورون‌های بدوی خارج از بدن قرار دارد که نسبت به نور و بو واکنش نشان می‌دهد.

در روند تکوین، این سلول‌ها از خارج از بدن به سمت داخل بدن مهاجرت کرده و اجتماع آنها هسته‌ها را ساخته است و گسترش و تجمع هسته‌ها، قطعه (Lobe) مغز را ساخته است.

در حدود 500 میلیون سال قبل در مهره‌دارانی که در اقیانوس‌ها شنا می‌کردند، نخستین قطعه‌های مغز پدیدار شد که این قطعه‌ها حاصل تجمع گانگلیون‌های اعصاب این موجودات بوده است.

مغز انسان

پس از برتری پستانداران بر تمام موجودات کره زمین و نابودی دشمنان خطرناک، پستانداران به سرعت تولیدمثل کرده و جهان را در تصرف خود درآوردند. همچنین تکوین پستانداران منجر به پیچیده‌تر شدن این گونه شده و به موجب آن قشر جدید مخ گسترش یافته و سلول‌های کورتکس به تکثیر سلولی ادامه دادند و مراحل تکوین مارمولک و سوسمار به انسان جریان یافت. در جریان افزایش تراکم سلول‌های قشر جدید مخ، پستانداران اولیه به پستانداران بعدی و سپس انسان تبدیل شد.

به سرعت شکنج‌های قشر مغز پدیدار گشته و عمق شیارها به عنوان راهبردی تکوینی برای گسترش سطح قشر مغز در فضای محدود جمجمه افزایش یافت.

در حدود 5 میلیون سال قبل انسان اولیه پدیدار شد و تعداد انسان‌ها رو به افزایش نهاد.

حدود 130000 سال قبل در شمال و جنوب آفریقا نخستین انسان پیچیده به نام Cromagnon به وجود آمد. سپس این انسان‌ها در آب‌های میانه، شرق و پس از آن در اروپا، چین، آمریکا و استرالیا رشد کردند. این‌گونه انسان‌ها علاوه بر قشر پیشانی، دارای قشر گیجگاهی نیز بوده که به موجب آن می‌توانست از زبان تکلم استفاده کند.

بر اساس نظریه MacLean مغز انسان دارای 3 بخش می‌باشد:
۱- Reptilian Brain که شامل نخاع، ساقه مغز و بخشی از مغز است که Complex-R نامیده می‌شوند. این بخش از مغز مربوط به فعالیت‌هایی نظیر خوردن و آشامیدن، تولیدمثل، دفاع و محافظت از قلمرو شخصی می‌باشد.
۲- Mammalian Brain یا Limbic Brain که شامل سیستم لیمبیک بوده و مربوط به کنترل هیجانات بوده و بر اساس نظریه MacLean با پیدایش این بخش از مغز در حیوانات رفتارهایی نظیر Audio-Vocal Communication، مراقبت و پرستاری، و بازی کردن ظاهر شده است.
۳- Human Brain یا Rational Brain، بخش‌هایی از مغز است که کنترل فعالیت‌های ارادی مغز را بر عهده دارند که عمدتا شامل مناطق مربوط به Pre-Frontal می‌باشد.

شکل ۱۳-۲- سه بخش مغز طبق نظریه Maclean

فاکتورهای نوروتروفیک

چندین دهه است که وجود فاکتورهای رشد در سیستم عصبی به اثبات رسیده است. در سال ۱۹۵۱ اولین فاکتور رشد سیستم عصبی، تحت عنوان NGF یا فاکتور رشد نورونی به صورت تصادفی کشف شد. مطالعات نشان دادند که در حین تکامل سیستم عصبی، NGF در بیان نورون‌های حسی محیطی و اعصاب سمپاتیک نقش دارد.

سه دهه بعد از کشف NGF تصور عمومی بر این باور بود که نقش فاکتورهای رشد در سیستم عصبی محدود به بقای نورون‌ها در دوران تکامل بوده و سیستم اعصاب مرکزی افراد بالغ به این فاکتورها پاسخ نمی‌دهد. در ۲۰-۱۵ سال گذشته کشف حضور فاکتورهای رشد در CNS افراد بالغ و نیز توانایی آنها در جلوگیری از مرگ جمعیت‌های مشخص نورونی به دنبال ضایعات عصبی، کاملاً فرضیه قبلی در مورد نقش این فاکتورها را متحول ساخت. همچنین مشخص شد که این فاکتورها توانایی تغییر در برخی عملکردهای سیستم عصبی از جمله عملکرد سیناپس‌ها و نورـترانسمیترها را دارا می‌باشند.

در سال 1982 دومین فاکتور نوروتروفیک تحت عنوان BDNF یا نوروتروفیک مشتق از مغز، از مغز خوک تهیه شد. همانند BDNF ،NGF به صورت یک پره‌پرومولکول تولید می‌شود.

تاکنون حدود 30 فاکتور رشد اعصاب شناسایی شده است.

از فاکتورهای نوروتروفیک در برخی مدل‌های حیوانی بیماری‌های انسان از جمله آلزایمر، پارکینسون، ضایعات نخاع و اعصاب محیطی استفاده شده است. در این مدل‌ها استفاده از فاکتورهای نوروتروفیک موجب حفظ نورون‌ها، رشد آکسونی و بهبود عملکرد نورون‌ها شده است. با این وجود در کلینیک از فاکتورهای نوروتروفیک تنها در اختلالات اعصاب محیطی استفاده شده است.

مهمترین نکته برای استفاده از این فاکتورها در درمان اختلالات عصبی، نحوه رسیدن آنها به سیستم عصبی است. این فاکتورها باید بتوانند خود را به نواحی اختصاصی و محدودی از سیستم اعصاب مرکزی برسانند. با این وجود به نظر می‌رسد که فاکتورهای نوروتروفیک در آینده بتوانند نقش مهمی را نه تنها در جبران برخی اختلالات عصبی، بلکه در پیشگیری و کاهش پیشرفت این بیماری‌ها نیز ایفا کنند.

پس به طور خلاصه:
– سستم اعصاب یک پتانسیل است.
– طرح مغز انسان دینامیک است نه استاتیک.
– مغز دینامیک انسان بر پایه اطلاعات ورودی سازمان‌بندی مي‌شود.
– اثرات محیط بر گونه انسان سبب طولانی‌تر شدن انتوژنی او شده است.
– یادگیری از چند راه موازی صورت می‌گیرد.
– همهٔ اطلاعات فقط در کورتکس نمی‌باشند.