مقایسه شگفت‌انگیز مغز انسان با دیگر موجودات

غزال زیاری: در سال‌های اخیر، با استفاده از روش‌های جدید برای مطالعه مغز انسان و سایر گونه‌ها، جزئیات بیشتری از تفاوت‌های کلیدی موجود مشخص‌شده و حالا محققان می‌توانند با فهرست‌بندی ژن‌ها، RNA و پروتئین‌هایی که تولید می‌شود، میلیون‌ها سلول مغز را ردیابی کرده و با مطالعه بافت مغز، درس‌هایی کلیدی در مورد چگونگی رشد و عملکرد این اندام بیاموزند.

نکته اول اینجاست که تفاوت‌های بین سلول‌های مغز انسان و سایر گونه‌ها اغلب ظریف است. نکته دیگر این‌که مغز انسان در مقایسه با سایر حیوانات به‌کندی رشد می‌کند؛ اما اینکه مغز انسان چگونه ویژگی‌های مهارت‌های شناختی را به وجود می‌آورند هنوز یک راز است؛ هرچند که محققان اخیراً به سرنخ‌های امیدوارکننده زیادی دست‌یافته‌اند.

اهمیت ابعاد و اندازه مغز

آنچه درباره مغز انسان در مقایسه بامغز سایر پستانداران (و حتی برخی از خویشاوندان منقرض‌شده انسان) متمایز است، اندازه و ابعاد آن است.

حجم مغز انسان تا سه برابر بزرگ‌تر از مغز شامپانزه‌ها، گوریل‌ها و بسیاری از خویشاوندان منقرض‌شده انسان است. اندازه مغز در بیشتر حیوانات با اندازه بدن ارتباط تنگاتنگی دارد؛ اما در مورد انسان این‌گونه نیست و مغز ما در مقایسه با ابعاد بدنمان، بسیار بزرگ‌تر از حد انتظار است.
 

محققان معمولاً از نسبتی به نام ضریب انسفالیزاسیون (EQ) بهره می‌برند تا تصور کنند که مغز یک حیوان، در مقایسه ابعاد بدنش، چقدر بزرگ‌تر یا کوچک‌تر است. اگر نسبت توده مغز با بدن، انتظارات را برآورده کند، EQ معادل ۱.۰ در نظر گرفته می‌شود.

در اینجا مغز حیوانات با توجه به EQ آن‌ها مقیاس‌بندی شده؛ اندازه واقعی مغز، با خطوط نقطه‌چین نشان داده‌شده و همان‌طور که می‌بینید، اندازه مغز موش نصف اندازه بدنش است ولی مغز انسان بیش از هفت برابر اندازه مورد انتظار است.

اگرچه تکامل باعث بزرگ‌تر شدن ابعاد مغز انسان شده ، اما این کار به‌صورت یکسان انجام‌نشده و برخی از نواحی مغز بیشتر از سایر بخش‌ها بزرگ‌شده است. یکی از ناحیه‌های بزرگ‌تر، قشر مغز است که وظیفه برنامه‌ریزی، استدلال، زبان و بسیاری از رفتارهای برتر انسان را عهده‌دار است. نواحی دیگری، مثل مخچه که درحرکت و برنامه‌ریزی تأثیرگذار است نیز گسترش‌یافته است.

قشر جلوی پیشانی در شامپانزه و انسان ساختار مشابهی دارد؛ گرچه مغز انسان دارای ساختار به‌مراتب بیشتری نسبت به مغز شامپانزه‌هاست.

به‌علاوه تعداد نورون‌های مغز انسان در مقایسه با سایر حیوانات نیز متفاوت است؛ مثلاً مغز انسان حدود ۱۰۰۰ برابر بیشتر از مغز موش و ۱۳.۵ برابر بیشتر از ماکاک نورون دارد؛ البته اندازه مغز و تعداد نورون‌ها همه‌چیز نیست؛ برخی حیواناتی که مغزشان متفاوت از پستانداران است و قابلیت رشد دارد (ازجمله زاغ‌ها و سایر اعضای خانواده کلاغ‌ها) می‌توانند به طرز حیرت‌انگیزی یاد بگیرند یا به خاطر بسپارند.

چت شروود، انسان‌شناس و عصب‌شناس دانشگاه جورج واشنگتن گفته: «اندازه مغز به‌تنهایی نمی‌تواند قدرت شناخت انسان را توجیه کند.»

فرمولی مخصوص

نگاهی دقیق‌تر به سلول‌های مغز، از الگوهای جالب متعددی رونمایی کرده است. در پنج سال اخیر، برخی تکنیک‌ها این امکان را برای دانشمندان فراهم ساخته تا ژن‌های موجود در یک سلول را فهرست‌بندی کنند و بدین ترتیب انواع مختلفی از سلول‌ها که مغز را می‌سازند، با جزئیاتی به‌مراتب بیشتر ازآنچه قبلاً مشخص بود، آشکار شد.

سال گذشته، تیمی مستقر در مؤسسه علوم مغز آلن در سیاتل، جامع‌ترین اطلس‌های سلولی مغز موش و انسان را گزارش کردند. در این بررسی، محققان کل مغز موش را فهرست بندی کرده و ۵۳۰۰ نوع سلول پیدا کردند. این در حالی است که اطلس انسانی هنوز به پایان نرسیده ولی تاکنون بیش از ۳۳۰۰ نوع از ۱۰۰ مکان مغز را دربرمی گیرد و محققان امیدوارند تا به زودی در تکمیل این داده‌ها پیشرفت کنند.

برخی از مناطق مغز، انواع سلول‌های متمایزی دارند (مثلاً قشر بینایی انسان حاوی چندین نوع نورون است که منحصر به آن ناحیه‌اند، اما به‌طورکلی، انواع سلول‌های خاص مغز انسان نادر است.)

به هنگام مقایسه انواع سلول‌های مغز انسان با گونه‌های دیگر، تصور کلی، از مشابهت این سلول‌ها خبر می‌دهد. اد لین، عصب‌شناس موسسه آلن گفت: «انتظار تفاوت‌های بزرگ‌تری داشتم. در این مقایسه، معماری سلولی اولیه به‌طور قابل‌توجهی یکسان است. ولی تفاوت در جزئیات ریزتر است.»

بیشتر نواحی مغز انسان، با مغز پستانداران و موش‌ها ازنظر نسبت نسبی انواع سلول‌های رؤیت شده متفاوت است. این تفاوت در روش‌هایی که این سلول‌ها ژن‌هایشان را ارائه می‌دهند نیز مشخص است: مواد تشکیل‌دهنده متفاوت نیستند، بلکه فرمول و نحوه کاربردشان متفاوت است.

دو ناحیه قابل‌مقایسه از قشر انسان و موش که هر دو اطلاعات شنوایی را پردازش می‌کنند را در نظر بگیرید. در این ناحیه از مغز موش، نسبت نورون‌های تحریک‌کننده که سیگنال‌ها را منتشر می‌کنند، در مقایسه با نورون‌های بازدارنده که فعالیت را کاهش می‌دهند، بیشتر است؛ اما در این ناحیه از مغز انسان، نسبت سلول‌های غیرعصبی که از نورون‌ها پشتیبانی کرده و به اصلاح اتصالات آن‌ها در طول رشد کمک می‌کنند بیشتر است. جالب اینجاست که نسبت این سلول‌ها به نورون‌ها در مغز انسان پنج برابر موش بود.

نتیجه این بررسی‌ها هنوز قطعی نیست اما اطلس‌ها راه مؤثری برای مطالعه این سلول‌ها و ژن‌ها، برای درک بهتر عملکرد آن‌ها ارائه می‌کنند.

انواع سلول‌های مشابه در گونه‌های مختلف، متفاوت هستند؛ این همان نوع نورون از قشر مغز موش، شامپانزه و انسان است. مغز موش تعداد کمتری از این سلول‌ها دارد و در مقایسه با مغز انسان ارتباط کمتری دارند. حتی در مقایسه با شامپانزه، نورون‌های انسان طولانی‌تر هستند و ارتباطات بیشتری با یکدیگر برقرار می‌کنند و لایه‌های قشری که در آن قرار دارند نیز ضخیم‌تر از لایه‌های شامپانزه است.

ایجاد ارتباطات

هیچ نورونی به‌صورت جزیره نیست و شبکه‌هایی که تشکیل می‌دهند بخش بزرگی از چیزی است که عملکردها و تخصص‌های متفاوتی را در مغزهای مختلف ارائه می‌کند.

در جریان یک مطالعه، ۱.۶ میلیون ارتباط بین بیش از ۲۰۰۰ سلول مغز در نمونه‌های قشر مغز موش، ماکاک و انسان مقایسه شد. نمودار سیم‌کشی (کانکتوم)، در مغز انسان ۲.۵ برابر بیشتر از موش بود و این سلول‌ها ده برابر بیشتر ارتباط بین خود برقرار می‌کردند.

موریتز هلمشتادتر، رهبر مطالعه موسسه تحقیقات مغز ماکس پلانک آلمان معتقد است که این یافته‌ای شگفت‌انگیز است. به باور او، این شبکه گسترده از نورون‌ها می‌تواند به حل یکی از مشکلات عمده مغز انسان کمک کند: «نورون‌ها به‌سرعت عمل می‌کنند؛ اما افکار و اعمال چند ثانیه طول می‌کشد. شبکه‌های بزرگ‌تر از نورون‌ها می‌توانند فعالیت‌های عصبی را طولانی‌تر کنند و به مغز اجازه می‌دهند تا افکار پیچیده‌تری تولید کرده و نکات را برای مدت طولانی‌تری در ذهن نگه دارد.»

اعضای این تیم حالا مشغول بررسی بخش‌های بزرگ‌تری از قشر انسان هستند.

سرعت کند رشد مغز انسان

برخی از دانشمندان بر این باورند که در مغز انسان یک پدال کلیدی فشار داده‌شده که می‌تواند خیلی از تفاوت‌های بین ما و سایر گونه‌های جانوری را توضیح دهد: ترمز.

مادلین لنکستر، عصب‌شناس آزمایشگاه بیولوژی مولکولی MRC کمبریج گفته: «به هر چیزی که نگاه کنید، در انسان کندتر اتفاق می‌افتد.»

سرعت رشد مغز در بین گونه‌های مختلف جانوری متفاوت است، اما در انسان به طرزی باورنکردنی طولانی است. مثلاً مغز موش تنها بعد از طی شدن ۵ درصد از طول عمر حیوان، به‌طور کامل توسعه می‌یابد. مغز ماکاک ها و شامپانزه‌ها بعد از سپری شدن یک سوم عمرشان، به تکامل کامل می‌رسد؛ اما رشد و بلوغ و اصلاح ارتباطات مغز انسان بیشتر و حدود ۳۰ سال یا تقریباً نیمی از عمر متوسط ما، طول می‌کشد.

این سرعت کند باعث می‌شود تا نورون‌های بیشتری در مغز انسان رشد کرده و تنوع و پیچیدگی بیشتری ایجاد شود. درعین‌حال مغز زمان بیشتری خواهد داشت تا در محیط شکل بگیرد. تحقیقات نشان می‌دهد که در انسان، پیش‌سازهای عصبی (سلول‌هایی که نورون‌ها را به وجود می‌آورند)، قبل از آنکه هویت نهایی‌شان را به دست آورند، مدت زیادی را در حالت برزخ سپری می‌کنند.

در اینجا یک جدول زمانی معمولی برای نورون‌های شامپانزه وجود دارد. آن‌ها از اجداد رشد می‌کنند، آکسون‌ها و دندریت‌ها را رشد می‌دهند تا به سلول‌های دیگر برسند و خروجی سیناپس‌هایی را برای اتصال به یکدیگر و ارسال سیگنال‌ها ایجاد می‌کنند و درنهایت لایه‌ای از میلین ایجاد می‌کنند که نورون‌ها را عایق کرده و به سفر سیگنال‌ها کمک می‌کنند.

همین فرآیند در انسان زمان بیشتری می‌برد و منجر به ایجاد نورون‌هایی می‌شود که دندریت‌های بیشتری که هرکدام دارای اتصالات بیشتری هستند را رشد می‌دهند. آکسون‌ها در انسان طولانی‌تر از شامپانزه‌هاست؛ چراکه باید مسیر بیشتری را طی کنند و نورون‌های حاصل، پیچیده‌تر خواهند بود.

الکس پولن، محقق ژنتیک که در دانشگاه کالیفرنیا درباره تکامل مغز انسان مطالعه می‌کند، می‌گوید: «گرچه برخی تغییرات در ژن‌ها و سلول‌ها، ما را به چیزی که هستیم تبدیل کرده، اما هنوز برای نتیجه‌گیری زود است. برخی تغییرات شاید فقط عوارض جانبی سازگاری‌های دیگر باشند؛ مثلاً افزایش انواع خاصی از نورون‌ها به‌نحوی‌که مناطق مغز هنوز هم می‌توانند با گسترش مغز ارتباط برقرار کنند.»

باید این را هم در نظر داشت که توانایی‌های ویژه ما، جنبه‌های منفی هم دارد. شروود دراین‌باره توضیح داد که انسان‌ها نسبت به دیگر گونه‌ها با تغییرات شدیدتری مثل کوچک شدن قشر پوست (به دلیل پیری) روبرو می‌شوند؛ اما به نظر می‌رسد که حتی قدیمی‌ترین مغز میمون‌های بزرگ هم به‌اندازه مغز انسان با افزایش سن، تغییر نمی‌کند. برخی از این شرایط که برای انسان‌ها رخ می‌دهد، شاید بهایی باشد که ما برای پیچیدگی مغزمان می‌پردازیم. حتی یک نقص کوچک هم می‌تواند عواقب چشمگیرتری داشته باشد.

نکات زیادی برای کشف در مورد اینکه چگونه مغز ما، ما را پرحرف، اجتماعی و باهوش می‌کند وجود دارد. دانشمندان تمایل زیادی دارند تا درباره نحوه عملکرد انواع ژن‌ها بر روی نورون‌ها و مغز اطلاعات بیشتری کسب کنند. آن‌ها دوست دارند تا بدانند که چگونه فعالیت عصبی در طول تکامل، بر روی رشد ما تأثیر می‌گذارد و اینکه چگونه بخش‌هایی از مغز به‌غیراز قشر آن، ممکن است با تغییر کردن، ما را به مهارت‌های منحصربه‌فردی مسلح کند.

لنکستر معتقد است که تلاقی فناوری‌ها به محققان انرژی داده تا به این سؤال کلاسیک، نگاه تازه‌ای داشته باشند.

منبع: nature

۵۸۳۲۱