سایبورگ تادپول ها به ما کمک می کنند تا یاد بگیریم که چگونه رشد مغز شروع می شود

چگونه ممکن است مغز ما که توانایی خلق افکار، انجام اعمال پیچیده و حتی خوداندیشی را دارد، به این شکل شکل گرفته باشد؟ آزمایشی در روی تادپول‌ها، که دستگاه الکترونیکی در مراحل اولیه جنینی در مغزشان تعبیه شده، ممکن است ما را به پاسخ این پرسش نزدیک‌تر کند.

تحقیقات قبلی برای بررسی فرآیندهای رشد عصبی به ابزارهایی مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی یا الکترودهای سخت‌افزاری وابسته بود. اما وضوح این روش‌ها پایین بود و همچنین استفاده از آنها باعث آسیب به مغز می‌شد، که تنها تصویری لحظه‌ای از یک مرحله خاص توسعه فراهم می‌کرد.

اکنون، جیا لیو از دانشگاه هاروارد و همکارانش ماده‌ای را شناسایی کرده‌اند — یک نوع پرفلوئوروپلیمر — که انعطاف‌پذیری و سازگاری‌اش مشابه بافت مغز است. آنها این ماده را برای ساختن یک شبکه نرم و کشسان دور هادی‌های بسیار نازک استفاده کردند که سپس در صفحه عصبی — ساختاری صاف و قابل دسترس که لوله عصبی و مغز پیشرو قورباغه آفریقایی (Xenopus laevis) را در جنین تشکیل می‌دهد — قرار گرفته است.

با رشد و گسترش صفحه عصبی، شبکه به صورت ریبونی روی مغز در حال رشد قرار گرفت و حتی هنگام کشیده و خم شدن، عملکرد خود را حفظ کرد. هنگامی که محققان قصد داشتند سیگنال‌های مغزی را اندازه‌گیری کنند، شبکه به رایانه متصل شد و فعالیت عصبی را نمایش داد.

به نظر می‌رسد این کاشت نه به مغز آسیب رسانده و نه باعث واکنش ایمنی شده است، و جنین‌ها همانطور که انتظار می‌رفت به تادپول‌های سالم تبدیل شدند. لیو می‌گوید حداقل یکی از آن‌ها به قورباغه‌ای طبیعی تغییر یافت.

کریستوفر بتینگر از دانشگاه کارنگی ملون در پنسیلوانیا می‌گوید: «ترکیب این مواد و ساخت چنین سیستمی بسیار شگفت‌انگیز است.» او اضافه می‌کند: «این یک ابزار عالی است که به زیست‌شناسان اجازه می‌دهد فعالیت عصبی در طول توسعه را اندازه‌گیری کنند و می‌تواند علوم اعصاب پایه را پیش ببرد.»

تیم تحقیق دو نکته مهم از این آزمایش ارائه می‌دهد. اول اینکه الگوهای فعالیت عصبی به مرور زمان تغییر می‌کنند، زیرا بافت‌ها به ساختارهای تخصصی برای انجام عملکردهای مختلف متمایز می‌شوند. لیو توضیح می‌دهد که هنوز به طور کامل مشخص نیست چگونه این تغییرات در کاربردهای محاسباتی بروز می‌کند.

نکته دوم، راز در چگونگی تغییر فعالیت مغزی در حیوانات بازسازی‌کننده پس از آمپوتاسیون (قطع عضو) است. فرضیه‌ای قدیمی این بود که فعالیت الکتریکی پس از قطع عضو به وضعیت قبل باز می‌گردد، چیزی که تیم با تجربه خود روی آکسلوتل‌ها تأیید کرده است.

تیم لیو اکنون برنامه دارد تا تحقیقات خود را به جوندگان نیز توسعه دهد. برخلاف دوزیستان، جنین‌های جوندگان در رحم رشد می‌کنند و برای ساخت شبکه سازگار و اندازه‌گیری انتقال سیگنال نیازمند لقاح مصنوعی و روش‌های پیچیده‌تری هستند. با این حال، لیو امیدوار است یافته‌ها بتوانند بنیان فهم شرایطی مانند اوتیسم و اسکیزوفرنی را فراهم کنند.

بتینگر توضیح می‌دهد که دستگاه‌های مشابه می‌توانند برای نظارت بر بازسازی عصبی-عضلانی پس از آسیب و توان‌بخشی نیز کاربرد داشته باشند. او می‌گوید: «این حوزه چشم‌انداز قابل توجهی را از کاربردهای احتمالی الکترونیک سازگار نشان می‌دهد.»