ألان جونز: خريطة الدماغ

البشر مفتونون منذ مدةٍ طويلة بالدماغ البشري. عملنا جداول له ، وقمنا بوصفه ، ورسمناه ، وعملنا خرائط لأجزائه. والان ومثلما هو للخرائط الطبيعية لعالمنا والتي استفادت كثيراً من التقنية -- فكروا بخرائط غوغل ، فكروا بنظام تحديد المواقع الـ GPS -- والشيء نفسه يحدث الآن لخرائط الدماغ عن طريق النسخ.

لذا لنلقي نظرة على الدماغ. الكثير من الناس ،عندما ينظرون لأول مرةٍ إلى دماغٍ بشري طبيعي ، يقولون ، " إنه لا يبدوا كما يتوقعه المرء عندما يريك إياه شخصٌ ما." في الحقيقة ، إن ما ترونه الان عبارة عن دماغٍ مثبّت. وهو يبدوا رمادياً. وهذه الطبقة الخارجية ، عبارة عن شبكة من الأوعية الدموية. وهي مدهشة ، وتحيط بالدماغ البشري. وهذه هي الأوعية الدموية. 20% من الأوكسجين والقادم من الرئتين ، 20% من الدم المتدفق من القلب ، يخدم هذا العضو الوحيد. وهذا ببساطة ، مايوازي حجم قبضتين ، بل هي أكبر بقليل من حجم القبضتين.

العلماء ، نوعاً ما في نهاية القرن العشرين ، تعلموا أنه بإمكانهم مراقبة تدفق الدم لعمل خريطة و بدون عملية جراحية للأماكن النشطة في الدماغ البشري. لذا على سبيل المثال ، بإمكانهم رؤية الجزء الخلفي من الدماغ ، وإذا نظرنا في تلك الجهة سنشاهد المخيخ ، والذي يبقيكم متزنين في هذه اللحظة. وهو يبقيني واقفاً الآن. فهو المسؤول عن الحركة المتناسقة. وفي هذا الجانب ، هذا هو الغشاء الصدغي. وهذه هي المنطقة التي تتم فيها المعالجات الأولية السمعية -- حتى تتمكنوا من سماعي. إنكم ترسلونها إلى الأعلى إلى مراكز معالجة اللغة. باتجاه مقدمة الدماغ حيث تتم جميع العمليات المعقدة ، واتخاذ القرارات -- وهو آخر جزءٍ ينضج أثناء مرحلة البلوغ. هنا حيث تتم جميع عمليات اتخاذ القرارات. إنه المكان الذي تتخذون فيه قراراتكم الآن من المحتمل أنكم لن تطلبوا شريحة لحم على العشاء.

وإذا أخذتم نظرةً عميقة إلى الدماغ ، وأحد الأشياء ، إذا نظرتم إليها مقطعياً ، ما تلاحظونه أنه لا يبدوا أن هناك بنيةً متكاملةً هناك. ولكن في الحقيقة فهناك بنى متكاملة ضخمة. خلاياها و روابطها مرتبطةٌ ببعضها. إذ قبل مائة سنةٍ تقريباً ، اخترع بعض العلماء صبغةً لصبغ بعض الخلايا. وهذا يمكن مشاهدته هنا باللون الأزرق الخفيف. بإمكانكم مشاهدة مناطق حيث تم صبغ خلايا الجسم العادية. و يمكنكم ملاحظة عدم تطابقها. وتشاهدون الكثير من البنية المتماسكة هناك. لذا فالجزء الخارجي من ذلك الدماغ هي القشرة الدماغية. إنها مثل وحدة معالجةٍ دائمة. ولكن بإمكانكم أيضاً مشاهدة أشياء في الأسفل. وكل تلك المناطق الخالية عبارة عن مسارات لكل تلك الروابط. وهي أقل كثافةً بالخلايا. إذ أن هناك 86 بليون خلية عصبية في دماغنا. وبإمكانكم ملاحظة أنها موزعةٌ توزيعاً غير منتظم. وطريقة توزيعها بالفعل يتناسب مع وظائفها الأولية. وبالطبع ، كما ذكرت سابقاً ، حيث بإمكاننا الآن بدء عمل خريطةٍ لوظائف الدماغ ، وبالتالي بإمكاننا ربط تلك الوظائف بخلايا معينة.

لذا لنلقي نظرة أعمق. للنظر إلى الخلايا العصبية. وكما ذكرت ، فهناك 86 بليون خلية عصبية. وهناك أيضاً تلك الخلايا الصغيرة كما ستشاهدون. وهي خلايا دعم -- الخلايا النجمية الدبقية. وأيضاً الأعصاب وهي التي تستقبل المعلومات. وهي تخزنها ، وتعالجها. وكل خليةٍ عصبية مرتبطة بواسطة وصلات إلى مايقارب 10,000 خلية عصبية أخرى في أدمغتكم. وكل خليةٍ عصبية فريدةٌ من نوعها. الصفات الفريدة في كل خلية وفي كل مجموعةٍ من الخلايا في الدماغ تتميز بخصائص أساسية لتكوينها الكيميائي الأولي. وهي البروتينات. البروتينات هي التي تتحكم بأشياء مثل حركة الأنبوب الأيونية. وهي التي تتحكم بمن ترتبط به خلايا النظام العصبي. وهي تتحكم ببساطة بكل شيءٍ يقوم به النظام العصبي.

وإذا كبرنا الصورة أكثر لمستوى أعمق. كل تلك البروتينات مرمّزةٌ في الجينومات لدينا. لدينا 23 زوجاً من الكروموسومات. نحصل على واحدة من الأم وواحدة من الأب. وفي تلك الكروموسومات مايقارب الـ 25,000 جين. وهي مرمّزة في الحمض النووي الـ DNA. وطبيعة أي خلية و ببنيتها البيوكيميائية الأساسية تتحدّد بكون أيٍ من تلك الجينات الـ 25,000 نشطاً ولأي مستوى.

لذا فمشروعنا يبحث في النظر إلى تلك القراءات ، لفهم أيٍ من تلك الجينات الـ 25,000 نشط. وللقيام بمشروعٍ مثل هذا ، من الواضح أننا نحتاج إلى أدمغة. لذا أطلقنا تقني مختبرنا: كنا نبحث عن أدمغةٍ بشريةٍ طبيعية. وما بدأنا به هو مكتب الطبيب الشرعي. وهو المكان الذي تُحضر إليه الجثث. نحن نبحث عن أدمغةٍ بشريةٍ طبيعية. وهناك الكثير من المواصفات التي ننتقي على أساسها تلك الأدمغة. نريد أن نتأكد من أننا نحصل على أناسٍ طبيعيين بين عمري الـ 20 والـ 60 ، وماتوا بسببٍ طبيعي بدون إصاباتٍ في الدماغ. وبدون تاريخ بمرضٍ عقلي ، وبدون تناول مخدرات -- نقوم بعمل فحصٍ للسموم. فنحن حذرون جداً في انتقاءنا للأدمغة التي نختارها. ونحن أيضاً نختار الأدمغة التي بإمكاننا أن نحصل منها على أنسجة ، قد يتعين علينا الحصول على موافقة لأخذ الأنسجة خلال 24 ساعة من وقت الوفاة. لأن ما نريد قياسه ، الـ RNA -- وهي القراءات التي نحصل عليها من جيناتنا -- غير مستقرة تماماً ، لذا يتعين علينا التحرك بسرعةٍ كبيرة.

هناك ملاحظة جانبية في موضوع تجميع الأدمغة : بسبب الطريقة التي نجمع فيها الأدمغة ، ولأننا بحاجةٍ إلى الحصول على موافقة ، فإننا فعلياً حصلنا على أدمغةٍ من الذكور أكثر بكثير من الإناث. الذكور أكثر عرضةً للموت العرضي في شبابهم. وفي الذكور من الأسهل الحصول على الموافقة ، من رفيق حياتهم ، مما هي عليه الحال في حالة الإناث.

(ضحك)

لذا أول عملٍ نقوم به في موقع التجميع هو أخذ مايسمى بالـ MR. وهذا هو التصوير بالرنين المغناطيسي -- MRI. إنه عبارة عن نموذجٍ قياسي والتي بوسيلتها سنتمكن من حفظ المعلومات. لذا نجمع ذلك الـ MR. بإمكانكم تشبيهها بصور القمر الصناعي لخرائطنا. والخطوة التالية التي نقوم بها هي أن نجمع ما يسمى صور المياه المحتجزة في الأنسجة DTI وهذا ما يمكننا من عمل خرائط للروابط الهائلة في الدماغ. ومرةً أخرى ، يمكنكم تشبيهها بخرائط الطرق السريعة بين الولايات ، مع فارق التشبيه. ثم يتم استخراج الدماغ من الجمجمة ، وتقطّع إلى شرائح بسمك 1 سنتيمتر. وتجمد تلك الشرائح وتحفظ ، ومن ثم ترسل إلى مدينة سياتل. وفي سياتل ، نأخذ تلك -- هذا عبارة عن نصف كرة دماغية -- و نضعها في جهاز تقليمٍ للحم. هناك شفرة ستقوم بالقطع عرضياً مقطعاً من النسيج وتنقلها إلى صفيحة مجهرية. وسنقوم بوضع أحد تلك الصبغات ، وثم نقوم بمسحها بالكمبيوتر. وما نحصل عليه بعدها هو أول خريطةٍ لنا.

وهنا يأتي دور الخبراء ويقومون بعمل تعيين مناطق تشريحية بسيطة. بإمكانكم تشبيه هذا بالحدود بين الولايات ، إذا أمكننا المقارنة ، بتلك الخطوط العريضة. ومن هنا ، نتمكن من تقسيم الدماغ إلى قطع كثيرة ، والتي يمكن من ثم وضعها في قاطعٍ دقيق. ويمكنكم رؤيته هنا -- هذا نسيجٌ مجمد ، ويتم تقطيعه. وهذه بسماكة 20 ميكرون ، أي بسماكة شعرة طفلٍ رضيع. وتذكروا بأنها مجمدة. ويمكنكم أيضاً الآن رؤية ، استخدام أسلوب قديم من التقنية وهي استخدام الفرشاة. ونأخذ صفيحةً مجهرية. وبكل حذر نقوم بلصقها بالشريحة النسيجية. وهذه تنتقل بعدئذٍ إلى الروبوت الآلي والذي يقوم بدوره بصبغها بأحد تلك الأصباغ. وسيقوم خبراء التشريح بإلقاء نظرةٍ عميقةٍ إليها.

ومرةً أخرى هذا ما سيتمكنون من رؤيته تحت المجهر. ستلاحظون مجموعاتٍ وتكتلات من خلايا كبيرة وصغيرة في تجمعات وفي أماكن متفرقة. ومن هناك يصبح العمل روتينياً. بإمكانهم تحديد أماكن العينات. وبإمكانهم ببساطة عمل مرجعٍ خرائط. هذه خريطةٌ مفصّلة.

علماؤنا بعدئذٍ يستخدمون تلك المراجع للرجوع إلى قطعةٍ أخرى من ذلك النسيج وعمل مايسمى بالتشريح الليزري الدقيق. لذا يتلقى التقنيون التعليمات. ويحددون حول ذلك المكان. ومن ثم يقوم الليزر بالتقطيع. بإمكانكم رؤية تلك النقطة الزرقاء تقوم بالقطع. ويفصل ذلك الجزء. ترون الصفيحة المجهرية هنا. وهذا ما يتم آنياً. هناك حاوية في الأسفل تحفظ ذلك الجزء النسيجي. ونأخذ ذلك النسيج ، ونستخلص منه الـ RNA باستخدام تقنية بسيطة ، ومن ثم نضع عليه علامة لامعة. ونأخذ تلك المادة المعلّمة ونضعها في ما يسمى بالـمصفوفة الدقيقة.

والآن قد تبدو لكم هذه مجرد نقاط صغيرة ، ولكن كل من هذه النقاط الصغيرة هي بالفعل وحدة فريدة من الجينومات البشرية والتي تمكنا من التقاطها على صفيحة زجاجية. وهذه تحتوي على مايقارب الـ 60,000 عنصراً ، لذا فنحن نقوم باستمرار بدراسة عدة جينات مختلفة من الـ 25,000 جين والموجودة في الجينوم. وعندما نقوم بأخذ عينة ونقوم بتهجينها بها ، نحصل على نتائج فريدة ، نوعاً ما من الناحية الكمية في كون أي من الجينات نشط في تلك العينة.

والآن نقوم بتكرار تلك العملية مرةً تلو الأخرى لكل دماغٍ نحصل عليه. إننا نأخذ مايفوق الألف عينة من كل دماغ. هذه المنطقة الواضحة هنا تسمى بالـحصين. وهي المسؤولة عن التعلم والحفظ. وتساهم بمايقارب الـ 70 عينة من تلك العينات الألف. وكل عينة تعطينا مايقارب الـ 50,000 نقطة معلوماتية ومع العمليات المتكررة ، لكل ألف عينة.

نحصل على حوالي 50 مليون نقطة معلوماتية لكل دماغٍ بشري. وحصلنا إلى الآن على مايوازي مجموع دماغين بشريين من المعلومات. وجمعنا كل ذلك مع بعضه لننتج شيئاً واحداً. وسأريكم كيف يبدوا ذلك التركيب. إنها ببساطة عبارة عن مجموعة بيانات ضخمة والتي أصبحت متاحةً لأي عالمٍ من جميع أنحاء العالم مجاناً. بل ليس عليهم حتى التسجيل لإستخدام هذه الأداة ، نقب في تلك المعلومات واحصل على ما تبحث عنه. هاهي النماذج التي جمعناها. ستتعرفون على هذه الأشياء مما تمكنا من جمعه مسبقاً. هاهو الـ MR. يوفر لنا الإطار الرئيسي. وهناك أدوات في الجانب الأيمن تتيح لكم الدوران ، وتتيح التكبير ، وتتيح وضع إشارات على أجزاء معينة.

ولكن الأهم ، هو أننا نبني خرائط لذلك الهيكل التشريحي ، والذي هو بمثابة إطار أساسي للباحثين عن أماكن الجينات النشطة. لذا فإن المستوى الأحمر هي الأماكن التي أصبح الجين فيها نشطاً بدرجةٍ عالية. والأخضر هي الأماكن الهادئة حيث أن الجينات غير نشطة. وكل جين يترك لنا بصمة. وتذكروا بأننا درسنا جميع الجينات الـ 25,000 في الجينوم وحصلنا على جميع تلك البيانات.

فكيف سيستفيد العلماء من تلك المعلومات ؟ لقد بدأنا للتو بدراسة هذه المعلومات بأنفسنا. وهناك بعض الأمور البسيطة التي عليكم معرفتها. هناك دوائين كمثالٍ على ذلك ، هما البروزاك والويلبوترين. هذان هما دوائين معروفين لعلاج حالات الإكتئاب. والآن تذكروا ، إننا ندرس الجينات. والجينات ترسل الأوامر بإنتاج البروتينات. والأدوية تستهدف البروتينات. لذا فإن الأدوية مرتبطة بالبروتينات وقد تتسبب في خمولها ، وما إلى ذلك. لذا إذا كنت تريد معرفة تأثير الدواء ، عليك متابعة تأثيرها مقارنةً بما تريده ، أيضاً متابعة النتائج التي لا تريدها. من جهة التأثيرات الجانبية ، وغير ذلك. عليك معرفة أي من الجينات أصبحت نشطة. ولأول مرةٍ ، بإمكاننا فعل ذلك الآن. نستطيع تجربة ذلك على عدة جينات قد سبق وفحصناها أيضاً.

لذا بإمكاننا الآن البحث في كامل الدماغ. ورؤية تلك الآثار الفريدة. والحصول على نتائج تؤكد ذلك. نحصل على تأكيد ، بأن الجين بالفعل نشط -- لشيءٍ ما مثل البروزاك ، ومعرفة الأماكن التي تأثرت بالفعل في هياكل هرمون السيروتونين -- بل إنه بإمكاننا معرفة كل شيء. بإمكاننا أيضاً النظر إلى مناطق لم يراها أحدٌ من قبل ، ونرى تلك الجينات النشطة هناك. إنها مثيرةٌ للإهتمام بشكلٍ مدمنٍ للغاية. وأحد الأشياء التي يمكن عملها أيضاً أنه بإمكانك ، ولأنها عبارة عن عمليات مقارنة نماذج لأن هناك آثارٌ فريدة ومميزة ، هو أن نقوم بفحص كامل الجينوم والبحث عن بروتيناتٍ أخرى والتي لها نفس الآثار. لذا إذا كنت ، على سبيل المثال ، في تجربة دواء ، بإمكانك البحث في قائمة طويلةٍ من العروض المتوفرة في الجينوم للبحث عن أفضل دواءٍ خصيصاً لك.

والكثير منكم قد يكون على معرفةٍ ببحوث تأثيرات الجينات على هيئة الأخبار الرئيسية في المجلات تقول "العلماء يكتشفون أخيراً الجين أو الجينات المسؤولة عن تأثيرٍ ما" وتلك الأنواع من البحوث تنشر بشكلٍ مستمر عن طريق الباحثين وهي مفيدة. إنها تقوم على تحليل عددٍ كبيرٍ من الناس. ويدرسون كامل جينوماتهم ، ويحاولون إيجاد المناطق المفعمة بالنشاط والتي هي مرتبطةٌ فعلياً بالجينات. ولكن ماتحصل عليه من تلك التجارب هو ببساطة قائمةٌ من الجينات. إنها تخبركم أي المناطق ، ولكن لا تستطيع أن تحدد أين. لذا فإنه من المهم جداً لهؤلاء الباحثين أننا قمنا ببناء هذه الأداة. والآن بإمكانهم التقدم والحصول على أدلة عن النشاط. بإمكانهم البحث في المجالات العادية -- بطرق غير اعتيادية لم يكن بإمكانهم العمل بها من قبل.

لذا أظن أن هذا الحشد خاصةً بإمكانه معرفة أهمية التفرّد . وأعتقد أن كل إنسان ، بل جميعنا نملك خلفياتٍ جينيةٍ مختلفة ، و كلٍ منا يملك حياةً متفرّدة. ولكن الحقيقة هي أن جينوماتنا متشابهة بنسبةٍ أعلى من 99% إننا متشابهون من الناحية الجينية. وما نكتشفه فعلياً ، أنه حتى على مستوى الكيمياء الحيوية للدماغ ، فنحن متشابهون تماماً. وهذا يوضح أنها ليست نسبة 99% ، ولكنها قريبة من تطابقٍ بنسبة 90% باستخدام تقريبٍ منطقي. لذا فإن أي شيءٍ ضمن هذه السحابة مرتبطٌ ببعضه نوعاً ما. وهناك نجد بعض الخارجين عن النطاق ، بعض الأشياء التي هي خارج حدود تلك السحابة. وتلك الجينات مثيرةٌ للإهتمام. ولكنها متقنةٌ تماماً. لذا أعتقد أنها رسالةٌ هامة لأخذها معكم اليوم هو أنه بالرغم من أننا نحتفي باختلافاتنا ، ولكننا متشابهون حتى على مستوى الدماغ.

والآن ماهي تلك الإختلافات ؟ هذا مثالٌ لتجربةٍ قمنا بها لمتابعة ورؤية ماهي تلك الإختلافات -- وهي مُتقنةٌ تماماً. إنها عبارة عن جيناتٍ نشطة في أنواعٍ مستقلة من الخلايا. وهذان نوعان من الجينات التي وجدناها كمثالٍ جيد. أحدهما يدعى RELN -- وهي مسؤولةٌ عن تطور الحكمة أثناء النشوء. DISC1 عبارةٌ عن جين والذي يُمسح في حالات إنفصام الشخصية. هذه ليست وحدات إنفصام الشخصية ، ولكنها تبين فوارق في بعض العينات. لذا ماترونه هنا في المتبرع رقم واحد والمتبرع رقم أربعة ، والذين يعتبران إستثنائيين عن الباقين. أن هناك جيناتٍ نشطة في بعض المجموعات الخاصة من الخلايا. إنها تلك البقع البنفسجية الغامقة من الخلية والتي تخبرنا بأن جيناً ما نشطٌ هناك. ما إذا كان ذلك يعود إلى خلفيةٍ جينيةٍ أو خبرات فذلك لا نعلمه. تلك الأنواع من الدراسات تحتاج إلى عددٍ أكبر من المتبرعين.

لذا سأتترككم بخلاصةٍ أخيرة عن تعقيد الدماغ وإلى أي حدٍ علينا أن نصل. أعتقد أن تلك الأدوات قيمةٌ جداً. فهي توفر للباحثين أداةً يتوجهوا بها. ولكننا بحثنا بكميةٍ لا بأس بها من الأفراد في هذه المرحلة. وبالتأكيد سنبحث عن المزيد. وسأنهي الحديث بقول أن الأدوات موجودة ، وأن هذه بالفعل قارةٌ غير مكتشفة ، هذا أقصى ماتوصل إليه العلم ، إلى حدٍ ما. وإلى كل هؤلاء الشجعان ، والمتواضعين لتعقيدات الدماغ ، المستقبل ينتظر.

شكراً.

(تصفيق)