كيف يستسلم الدماغ للنوم

٢٣ يونيو ٢٠١٧

ترجمه ابو طه / عدنان احمد الحاجي 

 

How brains surrender to sleep

23.06.2017

المقالة ٢٧٤ لسنة ٢٠١٧

درس العلماء في معهد بحوث علم الأمراض الجزيئية (IMP) في فيينا الجوانب الأساسية  للنوم في الديدان. باستخدام التقنيات المتقدمة، قاموا  بمراقبة نشاط جميع الخلايا العصبية في الدماغ في حال  نومها  واستيقاظها.  نشرت مجلة العلوم  نتائجهم  الرائدة هذا الأسبوع.

النوم هو سمة عامة في الحيوانات: كل جهاز عصبي يبدو أنه يخضع بانتظام ويتطلب حالات من الاسترخاء، والتي يتم خلالها تغيير نشاط الدماغ بشكل كبير. النوم أمر حيوي، كما نمارسه في حياتنا اليومية، ولكن العلماء لا يزالون يناقشون  سبب  هذه الحالة.

قام فريق من علماء الأعصاب بقيادة مانويل زيمر من IMP في فيينا باستخدام دودة C. الرشيقة المدببة  لدراسة  كيف يتحول الدماغ بين اليقظة والنوم بالتفصيل. وتشير نتائجهم إلى أنه في الحيوانات المتعبة يكون النوم هو حالة الخمود ( الاساسية) للدماغ التي تُثَبت نفسها تلقائيا طالما أن المحفزات الخارجية القوية من البيئة غائبة.

.  

يقارن مانويل زيمر مثل هذه الحالة  كرخامة مستقرة في الوادي؛ لدفعها الى الأعلى تحتاج الى بعض الجهد ولكنها ستتدخرج الى أسفل الوادي مرة اخرى بنفسها اذا تركت لوحدها. وهذا  يقابل  ايقاظ  دودة نائمة، وذلك انت  تدفع الدماغ إلى الاستيقاظ، ولكنها  لو  كانت لا تزال متعبة وتركت  دون ازعاج فإنها سوف تعود إلى النوم.

يستخدم الباحثون الذين يتعاملون مع النظم الديناميكية المعقدة مصطلح "الجذاب" لهكذا عمليات. كما يقول زيمر: "نقترح   الآلية الجذابة هذه باعتبارها وسيلة فعالة لكيف يمكن للحالات المسيطرة كالنوم واليقظة أن تنتشر في جميع أنحاء الدماغ بأكمله".

الديدان كنماذج لأبحاث النوم

تم اختيار دودة C الرشيقة  المدبدبة كنموذج لبحوث النوم لأن الجهاز العصبي يتكون فقط من ٣٠٢ خلية عصبية. وهي صغيرة بما فيه الكفاية للمقاربات  المجهرية  المتقدمة مما يمكن  من  الوصول إلى نشاط جميع الخلايا العصبية في الدماغ بدقة خلية واحدة. وكان هذا هو المفتاح للحصول على رؤى جديدة عند رصد إعادة التشكيل الواسع  النطاق  الذي يخضع له  الدماغ  بين اليقظة والنوم.

وهناك تحد آخر يواجهه الباحثين وهو السيطرة على  الديدان عندما تريد  ان  تغفو وتستيقظ.  طالبا الدكتوراه  اننيكا نيكولس وتوماس ايشلر  وضعا نظاماً تجريبياً  مثيراً للاهتمام باستخدام تركيزات اكسجين متغيرة كمفتاح. في بيئتها الطبيعية، الديدان الرشيقة تعيش في التربة حيث توجد كميات وفيرة من الكائنات الحية الدقيقة  للحفاظ  على مستويات اوكسجين منخفضة.

وأظهر الباحثون أنه في ظل هذه الظروف المفضلة تشعر  الديدان بالراحة ويمكن أن تغفو، شريطة أن تكون متعبة. وجد كل من  نيكولس وايشلر أن الهواء الطلق بمحتوى الأكسجين الجوي ينذر  الديدان المائية ، مما يتسبب  في استيقاظها  بسرعة. "هذا يفتح الباب للتبديل بشكل فعال بين حالاتي  النوم والاستيقاظ خلال تجاربنا"، كما تقول نيكولس .

استمرت نيكولوس وسجلت نشاط جميع الخلايا العصبية في الدماغ بينما تبقي الديدان تتراوح بين  النوم واليقظة. وجدت أنه خلال النوم، معظم الخلايا العصبية التي هي نشطة بقوة خلال اليقظة، تصبح صامتة. ومع ذلك، فإن بعض أنواع محددة من الخلايا العصبية تبقى في حالة تأهب. واحدة من هذه الأنواع، تسمى RIS  والتي  أُظهرت سابقا على انها  تفضي الى النوم عن طريق إفراز مادة النوم. وأظهرت نيكولس أن نشاط RIS مرتفع بالفعل في الحيوانات المستيقظة التي هي عرضة للنوم، مما يشير إلى أنها مقياس لمدى تعب الدماغ.

النوم كحالة  جاذبة  مبدئية للدماغ

عند مراقبة نشاط الدماغ في حالة  الغفوة، توصلت  نيكولس الى  اكتشاف مثير للاهتمام: تحليلها الكمبيوتري أشار إلى أن نشاط الشبكة العصبية تتحول بشكل  عفوي إلى حالة هادئة ومستقرة. في الأصل، كان الباحثون قد افترضوا أن خلايا RIS ستجبر الجهاز العصبي على الهدوء مثل قائد الفرقة الموسيقية  الذي يسكت  الأوركسترا بعد الوتر النهائي. 

ومع ذلك، فإن البيانات الجديدة تشير إلى أن RIS يبدو أنه يتصرف كالوسيط الذي يتفاوض على اتفاق بين جميع اللاعبين، يليه عمل جماعي. ميزة هذا السيناريو هو أن التغيرات الدرامية بين اليقظة والنوم يمكن أن تنجم عن طريق تغيير  بعض المفاتيح  التنظيمية   في الدماغ ببراعة.

على الرغم من الاختلافات العديدة بين دماغ الديدان والدماغ البشري، فإن هذه النتائج توفر نموذجا واعدا لدراسة المبادئ الأساسية لتنظيم الدماغ.