تكنولوجيا طبية

بمشاركة جامعة الملك عبد الله للعلوم.. دراسة دولية تلقى الضوء على القدرات الحسابية للخلايا العصبية في الدماغ

نشر علماء من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) وفريق مشروع الدماغ الأزرق Blue Brain (وهو مبادرة سويسرية لأبحاث الدماغ تهدف إلى إعادة بناء رقمية لدماغ الفأر. تم تأسيس المشروع في مايو 2005 من قبل معهد الدماغ والعقل التابع لمدرسة البوليتكنيك الفيدرالية في لوزان (EPFL) في سويسرا. وتتمثل مهمتها في استخدام عمليات إعادة البناء الرقمية المفصلة بيولوجيًا والمحاكاة لدماغ الثدييات لتحديد المبادئ الأساسية لبنية الدماغ ووظيفته). نظرية جديدة تصف لغة سرية قد تستخدمها الخلايا للتواصل بينها حول العالم الخارجي. وباستخدام نموذج حاسوبي، افترضوا أن المسارات الأيضية، والتي هي في الأساس وسيلة لاستخراج الطاقة وجزيئات البناء من الجلوكوز والركائز الأخرى لتغذية الدماغ، قد تكون أيضًا قادرة على ترميز التفاصيل حول “المُعدِّلات العصبية” التي تحفز الزيادات في استهلاك الطاقة. المُعدِّلات العصبية عبارة عن مركبات كيميائية تعمل على نقل الرسائل العصبية وتنظم تبادل المعلومات في الدماغ.

وإذا صحت فرضيتهم، فهذا يعني أن معالجة المعلومات في الأنظمة العصبية والخلايا المكونة لها تتطلب عددًا لا حصر له من الاحتمالات. وستساعد مثل هذه الآلية الأبحاث المتعلقة بتفسير كفاءة الطاقة الرائعة للأدمغة.

يشار إلى أن مشروع الدماغ الأزرق يهدف لإنشاء محاكاة لعلم الأعصاب ووضع منهج لفهم الدماغ مكمل لعلم الأعصاب التجريبي والنظري والسريري، وذلك من خلال إجراء أول عملية محاكاة بيولوجية ومفصلة رقمياً لدماغ فأر في العالم.

وفي دراسة نُشرت أخيراً في مجلة علم الأحياء النظري (The Journal of Theoretical Biology)، أوضح فريق من علماء كاوست المتعاونين مع مشروع الدماغ الأزرق كيف أن النظرية يمكنها أن تعمل جنبًا إلى جنب مع المحاكاة باستخدام نموذج استقلاب الطاقة في الخلايا النجمية، وهي خلايا دبقية تشبه النجوم في الجهاز العصبي المركزي. ويركز هذا النموذج على كيفية تعاون هذه الخلايا مع الخلايا العصبية لتغذية الدماغ والمشاركة في العمليات الحسابية.

وأكد المؤلفون أن المسار الأيضي للطاقة قد يكون قادرًا على ترميز المعلومات ونقل الخصائص التفصيلية حول المحفزات الخارجية، بالإضافة إلى وظائفه المعروفة في الطاقة الخلوية والجزيئات القائمة على الكربون. وتعتبر موجات “المُعدِّلات العصبية” التي تصل إلى سطح الخلية من الأمثلة الأخرى لهذه المحفزات.

وبالنظر إلى عدد المسارات الأيضية النشطة في وقت واحد ، يمكن لهذه الآليات أن تزيد بشكل كبير من القدرات الحسابية للخلايا العصبية من خلال منحها مجموعة أدوات موسعة للتكيف واتخاذ القرار. ولطالما أُعجب العلماء بكفاءة طاقة الدماغ مقارنة بأجهزة الحاسب الآلي التي يصنعها الإنسان. وبدراسة الكيفية التي تستطيع بها خلية مفردة تعيين أدوار حسابية جديدة ثم تمريرها كمعلومات إلى الشبكات العصبية نستطيع تفسير الكثير عن هذه الكفاءة.

يقول المؤلف المشارك البروفيسور بيير ماجستريتي ، الأستاذ المتميز في العلوم البيولوجية ومدير مبادرة الصحة الذكية في كاوست: “تشير محاكاة الفريق لعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز المحفز بالمعدِّل العصبي في الخلية النجمية إلى أن المسارات الأيضية يمكن أن تكون قادرة على معالجة معلومات أكثر مما كنا ندركه سابقاً. وعلى الرغم من كل ما نعرفه حول كيفية تفكير الخلايا المفردة أو استجابتها لبيئتها ، فمن المحتمل أن لديها قدرات وآليات أخرى غير مكتشفة“.

ويشرح البروفيسور جاي إس كوغان من مشروع الدماغ الأزرق ، والمؤلف الرئيسي لهذه الدراسة :”يوضح نموذجنا كيف يمكن لمسار التمثيل الغذائي أن يُترجم المحفزات الخارجية إلى ملفات إنتاجية للجزيئات الحاملة للطاقة مثل اللاكتات بدقة تتجاوز نقل الإشارات أو تضخيمها. وقد تكون مسارات التمثيل الغذائي هذه ، وربما أنواعًا أخرى من التفاعلات الأنزيمية المقترنة ، في وضع جيد لترميز مستوى إضافي من المعلومات حول المتطلبات البيئية للخلية. هذه الفرضية لها آثار على القوة الحسابية وكفاءة الطاقة للدماغ“.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى