علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Mid-pregnancy may be defining period for human brain
(بقلم: بيل هاثاواي – Bill Hathaway)
بعد حوالي أربعة أو خمسة شهور من الحمل، تبدأ فورة من النمو المشبكي [المترجم: تسمي هذه العملية بالتخلق المشبكي1] في قشرة الفص ما قبل الجبهية (PFC) للجنين البشري. وضمن هذه الكتلة المتشابكة من الروابط، يكتسب الدماغ النامي خصائص فريدة تجعل البشر قادرين على التفكير المجرد واللغة والتفاعلات / العلاقات الاجتماعية المعقدة2.
ولكن ما هي المكونات الجزيئية اللازمة لحدوث هذه الفورة من المشابك العصبية والتي تؤدي إلى مثل هذه التغييرات الجذرية في الدماغ؟ في ورقتين جديدتين نُشرتا في مجلة نيشر (Nature) ، شخّص باحثو جامعة ييل (Yale) التغييرات الرئيسة في التعبير الجيني3 وفي بنيوية داخل الدماغ البشري المتطور، مما يجعله فريدًا بين أدمغة جميع أنواع الحيوانات. يقول الباحثون إن هذه الأفكار يمكن أن يكون لها آثار جذرية في فهم الاضطرابات النمائية (الاضطرابات الدماغية) الشائعة.
“إنه لأمر مثير للدهشة ومحبط إلى حد ما حيث أننا لا زلنا لا نعرف السبب الذي يجعل الدماغ البشري مختلفًا عن أدمغة الكائنات الحية (species) الأخرى القريبة جدًا من بعضها من الناحية الفسيولوجية4، حسب ما قال نيناد سيستان (Nenad Sestan)، برفسور علم الأعصاب وبرفسور الطب المقارن في علم الوراثة والطب النفسي في جامعة ييل وكبير المؤلفين في كلتا الدراستين”. “معرفة أن هذا الاهتمام ليس مجرد فضول فكري لتفسير من نحن كنوع من الكائنات الحية – قد يساعدنا أيضًا على فهم الاضطرابات العصبية والنفسية، كالفصام والتوحد، بشكل أفضل”.
بالنسبة لهتين لدراستين، أجرى فريق مختبر سيستان (Sestan) تحليلًا شاملاً للتعبيرات الجينية التي تحدث في قشرة الفص ما قبل الجبهية للإنسان وقرود المكاك والفئران في منتصف فترة الحمل وتشخيص أوجه التشابه والاختلاف بين هذه الكائنات.
ووجدوا أن العامل الحاسم في تشخيص النتائج في الدماغ النامي لجميع هذه الكائنات هو تركيز حمض الريتينويك (Retinoic) ، أو (RA) ، وهو منتج ثانوي لفيتامين أ5. حمض الريتينويك، وهو حمض ضروري لتطور ونمو كل عضو من الأعضاء، وهو منظم بشكل محكم في جميع الحيوانات. الزائد جدًا من هذا الحمض أو القليل جدًا منه يمكن أن يؤدي إلى تشوهات في النمو (عيوب خلقية).
في الورقة الأولى، التي نُشرت في 29 سبتمبر 2021 6، وجد فريق البحث بقيادة ميكيهيتو شيباتا (Mikihito Shibata) وكارتيك باتابيرامان (Kartik Pattabiraman) ، وكلاهما من كلية الطب في جامعة ييل، أن مستوى حمض الريتينويك يزداد في قشرة الفص ما قبل الجبهي للإنسان والفئران وقرود المكاك على حدٍ سواء خلال الثلث الثاني من فترة الحمل، وهي الفترة الأكثر أهمية لتكوين الدارات والروابط العصبية.
عندما حجب الباحثون إشارات حمض الريتينويك في قشرة الفص ما قبل الجبهية في الفئران، أخفقت هذه الفئران في تطوير دارات واتصالية عصبية معينة في مناطق الدماغ التي تعتبر ضرورية للذاكرة العاملة7 ( والمعرفة cognition 8 ) لدى البشر. عند البشر، يتعطل المسار نفسه أيضًا أثناء مرحلة التطور لدى مرضى الفصام والمشخصين باضطراب طيف التوحد، مما يشير إلى أن هذه الاضطرابات قد تشترك في جذور متشابهة أثناء مرحلة تطور الجنين.
بيد أن الفحص الدقيق للجين (CYP26B1) ، الذي يخلِّق ويوقف نشاط حمض الريتينويك في قشرة الفص ما قبل الجبهية، كشف عن اختلافات مهمة بين الفئران والرئيسيات9. على سبيل المثال، في الفئران، الجين يحد من نشاط حمض الريتينويك خارج قشرة الفص ما قبل الجبهية بالغة الصغر للحيوان.
عندما حجب الباحثون هذا الجين في الفئران10، أصبحت مناطق أدمغتها ذات الصلة بالمهارات الحسية والحركية تشبه الدارات المشبكية الموجودة في قشرة الفص ما قبل الجبهية. تؤكد هذه النتيجة أيضًا الدور الحاسم الذي يلعبه حمض الريتينويك في توسع قشرة الفص ما قبل الجبهية – وفي تعزيز تعقيد الدماغ المتزايد – في البشر والرئيسيات الأخرى.
“حمض الريتينويك هو أول حجر دومينو يسقط ، والذي ينشط شبكات الجينات المعقدة التي تؤدي إلى تطوير مناطق الدماغ المرتبطة بالفكر البشري” ، بحسب ما قال باتابيرامان (Pattabiraman)، الزميل الإكلينيكي في مركز دراسات الطفل بجامعة ييل والمؤلف المشارك لكلا البحثين.
ثم سأل الباحثون كيف يقوم حمض الريتينويك بهذا العمل المبهر.
يتميز تطور الدماغ البشري بفورة من النمو المشبكي1 خلال الثلث الثاني من فترة الحمل. تبدأ هذه الروابط في قشرة الفص ما قبل الجبهية ولكن هذه الفورة تخبو تدريجياً عندما تقترب من الخلايا العصبية الحسية والحركية باتجاه مؤخرة الدماغ.
لمعرفة السبب وراء تلك الظاهرة بشكل أفضل، ركز شيباتا وباتابيرامان في الدراسة الثانية على الجين (CBLN2) ، الذي أصبح مركرًا أكثر في قشرة الفص ما قبل الجبهية ويلعب دورًا رئيسًا في تكوين هذه الروابط. حمض الريتينويك ينظم هذا الجين أيضًا بشكل مباشر. ووجدوا أن جين (CBLN2) يُنشّط مبكرًا في الجزء الأمامي للدماغ البشري النامي مقارنةً بأجزاء أخرى من الدماغ. علاوة على ذلك، وجدوا أن التعبير الجيني يستمر لفترة أطول وعلى مساحة أعرض من الدماغ البشري مقارنةً بقرود المكاك أو الفئران، مما يشير إلى الدور المركزي لقشرة الفص ما قبل الجبهية في ظهور خصائص معينة للإنسان.
تعرف الباحثون أيضًا على حذف جيني 11 صغيرًا بالقرب من الجين (CBLN2) والذي بقي مجفوظًا في نشأة وتطور الإنسان والشمبانزي ولكن ليس في الحيوانات الأخرى. لمعرفة ما إذا كانت عمليات الحذف هذه قد لعبت دورًا في نمو روابط قشرة الفص ما قبل الجبهية (PFC) ، قام الباحثون بعمليات حذف في جينوم الفأر. الفئران التي تمت فيها عمليات الحذف هذه أظهرت توسعًا شبيهًا بما يحدث لدى البشر في جين (CBLN2) وزيادة بنسبة 30٪ في الروابط في قشرة الفص ما قبل الجبهية (PFC) في الفأر ما بعد البلوغ [المترجم: أي بعمر 3 – 6 شهور وهذا العمر يكافيء عمر الرشد لدى الانسان: 20 – 30 سنة12].
لو أخذت الورقتان مجتمعتين لأتظهرتا أن الطريق إلى فهم الآليات الجينية الكامنة وراء القدرة المعرفية (cognitive) المتقدمة يبدأ بالإنتاج الموضعي لحمض الريتينويك، والذي ينشط بعد ذلك الجينات البعدية (downstream)، بما فيها جين (CBLN2). هذا يُملي أين ومتى تتشكل هذه الروابط الدماغية الحاسمة.
“قشرة الفص ما قبل الجبهية تدمج المعلومات من أجزاء أخرى من الجهاز العصبي المركزي وتوفر تحكمًا مفصلًا [من المجمل إلى المفصل (top-diwn)] في الانتباه والفكر والمشاعر والأفعال / التصرفات” ، حسبما قال سيستان: كما أنه أساسي في حدوث اختلالات الوظائف في العديد من الاضطرابات العصبية والنفسية. التغييرات الطفيفة في الروابط المكوِّنة للعقل البشري قد تجعله مريضًا أيضًا”.
مصادر من داخل وخارج النص:
1- “التخلق المشبكي (synaptogenesis) هو تشكل المشابك بين العصبونات في الجهاز العصبي. رغم أنه يحدث طوال فترة حياة الشخص السليم، إلا أنه يحدث فورة من التشكل المشبكي خلال مراحل تطور الدماغ المبكرة، ويُعرف هذا بالتخلق المشبكي المتدفق.يكون التخلق المشبكي هامًا بشكل خاص في الفترة الحرجة للفرد، إذ توجد فيها درجة معينة من التقليم المشبكي، يعود هذا إلى التنافس على عوامل النمو العصبية من قبل العصبونات والمشابك. تفشل العمليات التي لا تُستخدم أو تُثبط خلال الفترة الحرجة في التطور بشكل طبيعي، في وقت لاحق من الحياة” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/تخلق_مشبكي
2- “الأنظمة الاجتماعية المعقدة، مقارنةً بالأنظمة الاجتماعية البسيطة ، هي تلك التي يتفاعل فيها الأشخاص عادةً في الكثير من السياقات المختلفة مع الكثير من أشخاص مختلفين عنهم، وغالبًا ما يجري هذا التفاعل بتواتر مع الكثير من نفس الأشخاص في الشبكات الاجتماعية بمرور الزمن” ، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3367695/
3- https://ar.wikipedia.org/wiki/تعبير_جيني
4- https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33127966/
5-https://ar.wikipedia.org/wiki/حمض_الرتينويك
6- https://www.nature.com/articles/s41586-021-03953-x
7- الذاكرة العاملة هي نظام معرفي له قدرة محدودة على تخزين المعلومات لفترة مؤقتة وتعتبر مهمة للاستدلال المنطقي والتوجيه لاتخاذ القرار ومهمة كذلك لتوجيه السلوك ، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:
https://en.wikipedia.org/wiki/Working_memory
8- “المعرفة (cognition) هي «الإجراء العقليّ أو عمليّة اكتساب المعرفة والفهم من خلال التّفكير والخبرة والحواس». تشمل عمليّات مختلفة مثل الاهتمام وتشكيل المعرفة والتذكّر والحكم والتقييم والتفكير والحوسبة، كما تشمل حلّ المشكلات واتّخاذ القرارات والفهم وتشكيل اللغة؛ تستخدم العمليّات المعرفيّة المعرفة الموجودة لدى الإنسان وتولّد معارف جديدةً” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان:
https://ar.wikipedia.org/wiki/معرفة_(علم_النفس)
9- https://ar.wikipedia.org/wiki/رئيسيات
10- “حجب الجين يعني ايقافه عن اصدار الأوامر لتخليق بروتين” ، بحسب ما جاء في نص ورد على هذا العنوان:
https://science.howstuffworks.com/life/genetic/genes-turned-off-on.htm
11- “في علم الوراثة، الحذف أو طفرة الحذف أو الخبن (deletion) هو طفرة يحذف فيها جزء من الكروموسوم أو تسلسل الدنا. الحذف هو فقدان لمواد وراثية. يتراوح عدد النوكليوتيدات التي يمكن أن تحذف من زوج قاعدي واحد إلى جزء كامل من الكروموسوم. وهذا الحذف يسبب العديد من الأمراض الوراثية الخطيرة” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/حذف_(وراثة)
12- https://www.jax.org/news-and-insights/jax-blog/2017/november/when-are-mice-considered-old
المصدر الرئيس:
https://news.yale.edu/2021/10/04/mid-pregnancy-may-be-defining-period-human-brain