يوجد في الدماغ مجموعة فريدة من الخلايا، التي تطلق إشارات كهربائية في مصفوفات سداسية مثالية في الفضاء. منذ اكتشاف هذه "الخلايا الشبكية" في الفئران عام 2005، يحاول العلماء فهم أسباب ظاهرة نمط إطلاق النار السداسي غير المعتاد. تشير دراسة جديدة في معهد وايزمان للعلوم إلى الإجابة: تثبت نتائج البحث أن أحد النموذجين الرئيسيين المقترحين لنشاط الخلايا الشبكية في الفئران غير صالح لثديي آخر - الخفافيش. وقد نشرت الدراسة مؤخرا في مجلة الطبيعة العلمية.
التركيب السداسي للخلايا الشبكية
وتقع الخلايا الشبكية في منطقة تسمى "القشرة المخية الأنفية الداخلية"، وتقوم بإطلاق إشارات كهربائية عندما يتحرك الحيوان عبر الفضاء. بالإضافة إلى ذلك، يعتقد العلماء أن الخلايا الشبكية تتواصل مع الخلايا الموجودة في المنطقة المجاورة التي تسمى "خلايا المكان" - وهو نوع آخر من الخلايا العصبية الموجودة في منطقة من الدماغ تسمى الحصين، والتي تكون تفاعلاتها مع الخلايا الشبكية مسؤولة عن تحديد الموقع في الفضاء: تشكل الخلايا الشبكية ما يشبه الشبكة السداسية، التي من خلالها يقوم الدماغ برسم خريطة للبيئة الخارجية، بينما تكون "الخلايا المكانية" مسؤولة عن تحديد مواقع محددة.
النموذج الذي اختبروه الدكتور ناحوم أولانوفسكي ويعتقد الباحث مايكل يرتزيف من قسم علم الأعصاب في معهد وايزمان للعلوم، مع البروفيسور مانو فيتر من الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا في تروندهايم، أن التقلبات الدورية في نشاط الخلايا العصبية هي التي تخلق الخلايا العصبية. نمط الشبكة المكانية وقد لوحظت مثل هذه التذبذبات، التي تخلق موجات مستمرة من النشاط الكهربائي، في القشرة المخية الأنفية الداخلية للفئران أثناء إطلاق الخلايا الشبكية. ويدعي النموذج أن هذه التذبذبات، التي هي في الواقع نمط دوري زمني، تتحول في الدماغ إلى نمط دوري في الفضاء - بنية شبكة سداسية.
هل حقيقة وجود هذين النمطين معًا دائمًا في دماغ الجرذ تسمح لنا باستنتاج أن أحدهما يسبب الآخر؟ يشير التطابق التام بين الأنماط لدى الفئران إلى أن الإجابة إيجابية، لكنه يجعل من الصعب التحقق من السؤال. يعتقد الدكتور أولانوفسكي أنه من الممكن أن تكون خفافيش الفاكهة المصرية - الحيوان النموذجي الذي يدرسه - التوافق بين القوالب ليس محكمًا. وفي دراسة سابقة أجراها على الخلايا المكانية في الخفافيش، اكتشف تذبذبات مختلفة تمامًا عن تلك التي تتولد في الفئران. وقد قادته هذه الحقيقة إلى افتراض إمكانية العثور على أنماط مختلفة أيضًا في نشاط الخلايا الشبكية.
ولاختبار هذه المشكلة، طُلب من الباحثين تحديد موقع القشرة المخية الأنفية الداخلية في الخفافيش، والموقع الدقيق للخلايا الشبكية - وهي عملية طويلة تم تنفيذها بالتعاون مع البروفيسور ويتر في النرويج. بعد ذلك، قام الدكتور أولانوفسكي ومايكل يرتزيف بإدخال أقطاب كهربائية صغيرة في منطقة الخلايا الشبكية، وسجلوا نشاطها أثناء زحف الخفافيش على أرضية صندوق، وبذلك قاموا بإعادة خلق ظروفها قدر الإمكان التجارب على الفئران.
وأظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن الخلايا الشبكية للخفافيش أطلقت في ترتيب سداسية ذات خصائص مماثلة تقريبا لتلك الموجودة في الفئران. في المقابل، كان نمط التقلبات الزمنية مختلفًا تمامًا: فبدلاً من الموجات المستمرة، شوهدت أجزاء قصيرة من النشاط الكهربائي في أدمغة الخفافيش، مع فترات أطول من الصمت بينهما - وهي النتائج التي تناقضت مع النموذج القائم على التقلبات.
أظهر التحليل الرياضي الإضافي أن أنماط الشبكة قد تم الحفاظ عليها بالفعل دون تغيير، حتى عندما حدد الباحثون التقلبات وأزالوها من التحليل. بمعنى آخر، لا يوجد أي توافق بين تقلبات الزمن وظهور شكل الشبكة المكانية السداسية. ولذلك، فإن التذبذبات لا تسبب الأنماط المنظمة المميزة لاشتعال الخلايا الشبكية.
ويعطي دحض النموذج دعمًا كبيرًا للنموذج الثاني البديل، الذي يرى أن النمط السداسي يتشكل لأن خلايا الشبكة تعمل معًا كشبكة. يتم ترتيب شبكة النشاط على شكل سداسي، لأن هذا هو الهيكل الوحيد الذي تكون فيه جميع نقاط النشاط على مسافة متساوية من بعضها البعض - مما يؤدي إلى الهيكل الأكثر اقتصادا من حيث الطاقة، وإلى الاستقرار الأمثل لنشاط الشبكة. وهذا المبدأ معروف بالفعل في الطبيعة، على سبيل المثال في أقراص العسل، حيث يعطي الشكل السداسي بنية قوية وتكوينًا مستقرًا، مع الحد الأدنى من الطاقة.
الفرضية - من الممكن أن يتم رسم الخرائط المكانية في الخفافيش (بواسطة الخلايا الشبكية) فقط عندما تقوم بتنشيط السونار الخاص بها والذي تستخدمه لرسم خريطة المساحة المحيطة بها وبالتالي لا تعمل خلاياها الشبكية في تذبذبات مستمرة مقارنة بالفئران أنهم عندما يتحركون في الفضاء فإنهم يرسمون الفضاء بشكل مستمر عن طريق البصر واللمس والشم وما إلى ذلك.
تعليقات 2
الفرضية - من الممكن أن يتم رسم الخرائط المكانية في الخفافيش (بواسطة الخلايا الشبكية) فقط عندما تقوم بتنشيط السونار الخاص بها والذي تستخدمه لرسم خريطة المساحة المحيطة بها وبالتالي لا تعمل خلاياها الشبكية في تذبذبات مستمرة مقارنة بالفئران أنهم عندما يتحركون في الفضاء فإنهم يرسمون الفضاء بشكل مستمر عن طريق البصر واللمس والشم وما إلى ذلك.
إن رفض أحد النماذج لا يعزز أو يؤكد صحة نموذج آخر.