مقدمة في التشريح العصبي

يسعى العلماء من خلال دراسة التشريح العصبي إلى رسم خريطة للتنقل في النظام المعقد الذي يتحكم في سلوكنا. وعلى المستوى المجهري، يبحث المتخصصون في التشريح العصبي في العلاقات بين خلايا الإشارة، والمعروفة باسم العصبونات (neurons)؛ وخلايا الدعم، والمعروفة باسم الخلايا الدبقية (glia)؛ وبنية المصفوفة خارج الخلوية التي تدعم هذه الخلايا. أما من منظور أوسع، وعلى مستوى العضو، فيقوم التشريح العصبي بفحص تراكيب الدماغ والمسارات العصبية.

سيوفر هذا الفيديو نظرة عامة على أبحاث التشريح العصبي من خلال استعراض تاريخ هذا المجال، والأسئلة الرئيسية التي يطرحها علماء التشريح العصبي، والأدوات المتاحة للإجابة على تلك الأسئلة، يليه مراجعة لبعض التجارب المحددة التي تبحث في التشريح العصبي.

لنبدأ بمراجعة تاريخ هذا الفرع من العلوم العصبية. يمكن إرجاع جذور الأبحاث التشريحية العصبية إلى القرن الرابع قبل الميلاد، عندما افترض أبقراط أن النشاط العقلي يكمن في الدماغ، وليس في القلب.

ولكن لم يتم إحياء دراسة التشريح العصبي إلا في نهاية القرن الخامس عشر، عندما أزال البابا سيكتوس الرابع الوصمة عن تشريح جثث البشر، وهو ما انعكس في نشر أندرياس فيساليوس لكتابه "On the Workings of the Human Body," عام 1543، والذي تضمن وصفاً مفصلاً لتشريح الدماغ.

وتوسعاً في هذا العمل، نشر توماس ويليس عام 1664 كتاب "تشريح الدماغ"، الذي قدم فيه العديد من الهياكل العصبية الجديدة وتكهن بوظائفها. ويُعتبر هذا العمل الآن حجر الأساس للتشريح العصبي الحديث.

وفي نهاية القرن السادس عشر، أدى اختراع المجهر إلى ثورة ثانية في الأبحاث التشريحية العصبية. وبناءً على هذا الاختراق التكنولوجي، اخترع كاميلو جولجي عام 1873 تقنية صبغ لتصوير العصبونات الفردية تحت المجهر.

وبفضل هذه الابتكارات، صاغ سانتياغو رامون إي كاخال عام 1888 "عقيدة العصبون": وهي الفكرة القائلة بأن الوحدة التشريحية والوظيفية للدماغ هي العصبون.

وبالعودة إلى المستوى العياني، نشر كوربينيان برودمان في عام 1909 سلسلة من خرائط الدماغ، حيث قسم القشرة المخية إلى 52 منطقة متميزة، أطلق عليها "مناطق برودمان". واستندت هذه الخرائط إلى ملاحظته بأن المناطق القشرية المختلفة تمتلك بنية خلوية مختلفة.

لاحقاً، في عام 1957، وضع وايلدر بنفيلد وثيودور راسموسن "همunculus القشري": وهو خريطة أكثر تفصيلاً لمناطق مختارة من مناطق برودمان توضح المناطق التي تتحكم في وظائف حركية وحسية محددة.

بناءً على هذه الدراسات التاريخية المثيرة للإعجاب حول بنية الجهاز العصبي على المستويين المجهري والعياني، يطرح علماء التشريح العصبي اليوم أسئلة تتعلق بكيفية ارتباط البنية بالوظيفة. وبدايةً، يركز بعض الباحثين بشكل خاص على الهندسة الخلوية، أو ترتيب الخلايا العصبية والدبقية. فعلى سبيل المثال، وللتحقيق في نوى محددة، أو تجمعات عصبونية في الدماغ، من المفيد توصيف الأنواع الفرعية من الخلايا العصبية الموجودة هناك والروابط التي تشكلها تلك الخلايا مع مناطق الدماغ الأخرى.

ونظراً لأن الهندسة الخلوية ديناميكية، فإن سؤالاً رئيسياً آخر في هذا المجال يركز على كيفية وأسباب حدوث التغيرات التشريحية العصبية.

على سبيل المثال، يرتبط التعلم والذاكرة بـ "اللدونة العصبية"، أو التغيرات في المسارات العصبية، مثل التعديلات في نقاط الاتصال البنيوية بين الخلايا العصبية. حيث يمكن للنتوءات الصغيرة، التي تسمى الأشواك التغصنية، أن تتغير ديناميكياً في الحجم والشكل والعدد بطريقة تعتمد على النشاط.

كما يعد فهم بنية الجهاز العصبي أمراً محورياً لتفسير خلله الوظيفي.

فعلى سبيل المثال، ترتبط الأمراض التنكسية العصبية الموهنة بتغيرات تشريحية عصبية مميزة، مثل تنكس الخلايا العصبية الدوبامينية الملاحظ في مرض باركنسون.

بعد أن ناقشنا الأسئلة الرئيسية التي يطرحها علماء التشريح العصبي، لنراجع الأدوات التي يستخدمها هؤلاء العلماء لإيجاد الإجابات.

أولاً، يعد علم الأنسجة (histology)، أو تحليل شرائح الأنسجة المصبوغة، تقنية أساسية لدراسة البنية الخلوية (cytoarchitecture).

يمتلك علماء التشريح العصبي عدداً من الصبغات المتاحة لتصور بنيات محددة في الجهاز العصبي.

الكيمياء النسيجية (Histochemistry) هي فرع من علم الأنسجة يعتمد على تحديد موقع وتحديد المكونات الكيميائية. ومن التطبيقات القيمة للغاية للكيمياء النسيجية الكشف عن الكواشف (tracers): وهي جزيئات يتم إدخالها إلى العصبونات لتصور اتصالاتها داخل الجهاز العصبي.

وكما ذكرنا سابقاً، أحدث ظهور المجهر ثورة في طريقة دراسة التشريح العصبي. يتيح المجهر الضوئي تصوير الأنسجة العصبية المصبوغة نسيجياً بتكبير يصل إلى ألف مرة من حجمها الأصلي، مما يكشف عن البنية الخلوية. أما المجهر الضوئي الفلوري فيسمح بتصوير البروتينات الموسومة مناعياً في مقاطع الأنسجة، أو في المزارع الخلوية، ويسمح بدراسات التوطين المشترك (colocalization studies)، والتي تتضمن تحديد ما إذا كان هناك بروتينات اثنين في تقارب وثيق داخل عصبون واحد أم لا.

التصوير البؤري (Confocal imaging) هو طريقة محسنة من المجهر الفلوري تتيح التقطيع البصري للأنسجة العصبية، وبالتالي يمكن استخدامها لإنتاج عمليات إعادة بناء ثلاثية الأبعاد للعصبونات بحيث يمكن دراسة مورفولوجيتها، أو شكلها.

التصوير ثنائي الفوتون (2-photon imaging) هو نوع آخر من التصوير الفلوري، والذي يمكنه اختراق الأنسجة بعمق، وغالباً ما يُستخدم للتصوير الحي للدماغ في الحيوانات التي تظهر سلوكاً معيناً.

ومع ذلك، لا يمكن لأي فوتون أن يخترق مثلما يفعل الإلكترون، لذا كان المجهر الإلكتروني ذا قيمة لا تقدر بثمن في توفير دقة دون النانومتر للبنيات العصبية. وبوجه خاص، تم تصور المشبك العصبي (synapse) بتفاصيل دقيقة باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ. علاوة على ذلك، من خلال تجميع الصور التي تم الحصول عليها من المقاطع المتسلسلة المصورة بالمجهر الإلكتروني، يمكن إنشاء عمليات إعادة بناء ثلاثية الأبعاد لـ "أحجام" العصبونات عبر عملية تُعرف بالتصوير المقطعي (tomography).

لمراقبة التغيرات في البنيات التشريحية العصبية بمرور الوقت، يعد التصوير العصبي أداة مفيدة للغاية. يُستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي، أو MRI، على نطاق واسع لاستقصاء الدماغ لدى البشر. توفر هذه التقنية صورة للدماغ ككل، بدقة تصل إلى 1 mm. ويمكن استخدام MRI لاستقصاء المادة البيضاء من خلال تتبع الألياف العصبية (tractography). وباستخدام هذه التقنية، يتصور علماء التشريح العصبي حزم المحاور العصبية، مما يكشف عن الاتصالات بين مناطق الدماغ وداخلها.

من أجل تقييم الارتباطات بين التشريح العصبي وحالات المرض، غالباً ما يستخدم العلماء تقنيات جراحية تُطبق على النماذج الحيوانية. تستخدم الجراحة التجسيمية (Stereotactic surgery) نظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد وأطالس تشريحية مفصلة للسماح للباحثين بالتعامل المادي مع مناطق تشريحية معزولة. وباستخدام جهاز تجسيمي ومعلومات تشريحية مناسبة، يمكن تقديم تحفيز كهربائي، أو إدخال عقاقير أو مواد أخرى، أو إحداث آفات في مناطق مستهدفة من الدماغ.

بعد ذلك، دعونا نستعرض بعض تطبيقات هذه الطرق. يمكن الحصول على معلومات مفصلة حول بنية الدماغ من خلال تحليل الأدمغة المحفوظة التي يتم تقطيعها إلى مقاطع رقيقة. ولإبراز السمات التركيبية المتميزة، صُبغت هذه المقاطع من دماغ الرئيسيات لإظهار تعبير ثلاثة بروتينات في جميع أنحاء الدماغ. كما يمكن دراسة المقاطع المصبوغة بتكبير عالٍ، مما يسمح للباحثين بمعاينة البنية على المستوى الخلوي.

يمكن للخبرة أن تعدل البنية العصبونية على المستوى الخلوي. في هذه التجربة، يتم تعريض جرذان صغيرة لمحفزات لمسية طوال فترة النمو. وعند وصولها إلى مرحلة البلوغ، تُجمع عينات من الدماغ وتُصبغ لتصوير مورفولوجيا الخلايا. وتكشف الصور الناتجة عن تغيرات في شكل وعدد التشجرات، مما يشير إلى تغير في الترابط العصبوني.

يعد التشريح العصبي محورياً في الإعدادات السريرية، حيث يساهم في تشخيص وعلاج الأمراض العصبية والنفسية. فعلى سبيل المثال، ترتبط التغيرات في البنية الخلوية ارتباطاً وثيقاً بحالات مرضية معينة. وغالباً ما يتم دمج تقنيات التصوير العصبي التركيبي مع التصوير الوظيفي لمقارنة نشاط مناطق محددة من الدماغ في الحالات الطبيعية والمرضية. فعلى سبيل المثال، يظهر المرضى الذين يعانون من الارتجاج تغيرات في أنماط النشاط العصبي، والتي ترتبط بتعافيهم من الإصابة.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE في التشريح العصبي. في هذا الفيديو، تتبعنا تاريخ أبحاث التشريح العصبي، واستعرضنا الأسئلة الرئيسية التي يطرحها علماء التشريح العصبي. كما استكشفنا استراتيجيات البحث على المستويين المجهري والعياني، وناقشنا تطبيقاتها.

شكراً للمشاهدة!