ارتباط وای فای چشم‌ها با مغز!

چشم هایی که بدون ارتباط با مغز کار می کنند

زیست شناسان در دانشگاه علوم و فنون Tufts از یک  قورباغه (Xenopus Tadpoles) به عنوان مدل برای روشن کردن یک سوال اساسی در پزشکی ترمیم، مهندسی زیستی و تحقیقات تقویت حواس استفاده کردند.

به گفته نویسنده اول مقاله ی «چشم های اکتوپیک خارج از سر در زنوپوس تادپولز داده های حسی برای یادگیری به واسطه نور فراهم می کند»، که در فوریه 2013 در مجله زیست شناسی تجربی به چاپ رسیده است، یکی از چالش های بزرگ درک چگونه سازگار شدن مغز و بدن به تغییر بزرگ در سازمان یابی موجود است. تحقیقات این گروه توانایی جالب توجه مغز، یا شکل پذیری آن، برای پردازش داده های بصری که از چشم هایی که در مکان درست قرار نگرفته اند، حتی زمانی که دور از قسمت سر قرار گرفته اند، را نشان می دهد.

اولین هدف در پزشکی ترمیمی این است که روزی بتوان ساختارهای حسی آسیب دیده یا از دست رفته را با استفاده از اجزاء جایگزین زیستی یا مصنوعی ترمیم کرد.

پیامدهای بسیاری از این مطالعه وجود دارد، اما از نقطه نظر پزشکی پیامد اصلیش این است که در هنگام درمان اختلالات حسی نظیر کوری، ممکن است نیاز به ایجاد ارتباط خاص به مغز نباشد. در این آزمایش، تیم جراحی چشم جنین اهداکننده را خارج کردند، با پروتئین های فلورسانت نشانه گذاری کردند، و به ناحیه خلفی جنین دریافت کننده پیوند زدند. به این ترتیب چشم های نابجا رشد کردند. چشم های طبیعی جانور دریافت کننده خارج شد و تنها چشم های اکتوپیک (نابجا) باقی ماند.

میکروسکوپ فلورسانت الگوهای مختلف عصبی را آشکار کرد، اما در هیچ یک از جانوران مورد آزمایش ارتباط عصبی بین چشم های اکتوپیک و مغز یا منطقه جمجمه ایجاد نشد. برای تعیین اینکه آیا چشمان اکتوپیک اطلاعات بصری را منقل می کنند، این تیم تحقیقاتی یک سیستم کامپیوتری آموزش بصری کنترل شده را ایجاد نمود که در آن ربع های آب توسط چراغ های LED قرمز و آبی روشن شده بود. این سیستم می تواند یک شک الکتریکی خفیف به بچه قورباغه ی در حال شنا در یک ربع خاص وارد کنند. یک سیستم ردیابی متحرک مجهز به دوربین و یک برنامه کامپیوتری به دانشمندان اجازه می دهد که حرکت و سرعت بچه قورباغه ها را رصد و ضبط نمایند.

چشم‌ها بدون اتصال به مغز می‌بینند

تیم، اکتشافات جالب و مهیجی انجام داد: بیش از 19 درصد بچه قورباغه های با اعصاب بینایی متصل به نخاع، پاسخ اکتسابی به نور از خود نشان داده اند. آنها به سمت نور قرمز حرکت کردند درحالیکه نور آبی حرکت طبیعی را تحریک کرده است. پاسخ آنها به نورهای متفاوت استفاده شده در طی آزمایشات در گروه با چشمان نابجا تفاوتی با بچه قورباغه های با چشمان طبیعی و دست نخورده نداشت. به علاوه این پاسخ توسط بچه قورباغه های بدون چشم یا بچه قورباغه هایی که شوک الکتریکی دریافت نکرده بودند صورت نگرفت.

تا پیش از این تحقیق هیچ کس حدس نمی زد که چشم های روی پهلوی بچه قورباغه می تواند ببیند، به ویژه هنگامی که تنها به نخاع جانور متصل شده است و اتصالی با مغز وجود ندارد. این یافته های حاکی از انعطاف پذیری قابل توجه توانایی های مغز می باشد که برای ترکیب نمودن سیگنال ها از مناطق مختلف بدن به برنامه های رفتاری که با نقشه ویژه و متفاوت بدن تکامل یافته است.

چشم های اکتوپیک عملکرد بینایی دارند. مغز اطلاعات بصری از چشم هایی که به نخاع پیوند زده شده اند را تشخیص می دهد. ما هنوز نیاز داریم تعیین نماییم که آیا این انعطاف پذیری مغز مهره دارن به اندام های نا به جای مختلف یا اندام های مشابه در گونه های مختلف، قابل بسط است یا نه.

یکی از حوزه های جالب توجه برای تحقیقات بیشتر در این زمینه، یافت پاسخ این سوال است که مغز چگونه سیگنال های الکتریکی که از بافت های نزدیک به روده می آیند به عنوان داده های بصری تفسیر می کند. در مهندسی کامپیوتر این مشکل معمولاً توسط یک هدر (Header) – یک قطعه از ابرداده هایی که به بسته ای از اطلاعات پیوست شده است و منبع و نوع اطلاعات آن بسته را مشخص می کند- حل می شود. اینکه آیا سیگنال های الکتریکی از چشم های پیوند شده به نخاع یک شناسه از خاستگاه خود حمل می کنند، هنوز یک فرضیه است که باید آزمایش شود.

منابع:

Blackiston, B. J. and Levin, M. Ectopic eyes outside the head in Xenopus tadpoles provide sensory data for light-mediated learning. J. Exp. Biol., 2013; 216, 1031-1040

tufts.edu

sciencedaily