يادگيري راز جوان ماندن مغز

برخلاف تصور عموم تقريبا هر روز ارتباط‌هاي تازه‌اي بين سلولهاي عصبي در مغز افراد بزرگسال شكل مي‌گيرد و سلولهاي جديدي در بعضي از قسمت‌هاي مغز تشكيل مي‌شوند. اكنون تحقيقات تازه علم پزشكي نشان مي‌دهند كه اين سلول‌ها كمك زيادي به يادگيري امور و فرآيندهاي پيچيده در مغز مي‌كنند و جالب‌تر اين كه بر اساس همين يافته‌ها، هرچه اين سلول‌ها بيشتر به چالش و فعاليت كشيده شوند، بازدهي و شكوفايي مؤثرتري خواهند داشت. اگر تلويزيون تماشا كنيد، مجلات مختلف بخوانيد يا در اينترنت به گشت‌وگذار بپردازيد احتمالا با آگهي‌هاي تبليغاتي مواجه شده‌ايد كه شما را به انجام ورزش‌هاي فكري توصيه مي‌كنند. برنامه‌هاي مختلف ورزيده ساختن مغز، افراد را تشويق مي‌كنند تا با تمرين دادن روزمره مغز خود، به نوعي انعطاف و سرزندگي فكري خود را حفظ و تقويت كنند. اين تمرينات مي‌تواند طيف گسترده‌اي از امور همچون حفظ كردن فهرست‌هاي مختلف عددي تا حل كردن جداول متنوع و حتي تخمين زدن شمار درختان پارك‌هاي بزرگ را دربربگيرد. شايد اين‌گونه تمرينات چندان مهم و حيرت‌انگيز به شمار نيايند، اما به عقيده بسياري از محققان ممكن است اين‌گونه برنامه‌ها ريشه و اساس مهمي در زيست‌شناسي عصبي داشته باشد.

تحقيقاتي از اين دست، هرچند كه عمدتا روي موش‌هاي آزمايشگاهي انجام مي‌شوند، بر اين حقيقت تأكيد دارند كه يادگيري موجب تقويت حيات نورون‌هاي (به سلولهاي عصبي در اصطلا‌ح علمي نورون گفته مي‌شود) تازه در مغز افراد بالغ مي‌شود و هر چه فرآيند يادگيري چالش‌انگيزتر و مشكل‌تر باشد، شمار بيشتري از نورون‌ها توليد و به كار گرفته مي‌شوند. اين نورون‌ها احتمالا در شرايطي وارد عمل مي‌شوند كه مغز تحت فشار بيشتري نسبت به حالات عادي خود قرار دارد. از اين رو آن گونه به نظر مي‌رسد كه يك فعاليت قابل توجه فكري مي‌تواند موجب پوست‌اندازي و به نوعي جلاي مغزي شود. اين فرآيند حتي از نظر تأثيرگذاري بهتر از تأثيري است كه بدنسازي بر زيبايي و تناسب بدن دارد. با توجه به چنين يافته‌هايي مي‌توان به جرا‡ت گفت افرادي كه در مراحل ابتدايي ابتلا به آلزايمر يا ساير بيماري‌هاي زوال عقلي هستند احتمالا مي‌توانند روند پيشرفت بيماري خود را با فعاليت‌هاي روزمره مغزي كندتر كنند.

اين يك نورون جديد است!

در دهه 90 دانشمندان با ارائه يافته‌هايي، تحولي تاريخي در دانش زيست‌شناسي عصبي ايجاد كردند. اين يافته‌ها گوياي آن بودند كه مغز پستانداران بالغ قادر است تا نورون‌هاي تازه‌اي توليد كند. زيست‌شناسان تا پيش از آن بر اين باور بودند كه استعداد خاص كه از آن به عنوان فرآيند «ايجاد بافت عصبي» ياد مي‌شد صرفا مختص مغزهاي جوان و در حال رشد است كه با افزايش سن و پير شدن، از ميان مي‌رود. اما در اوايل همين دهه بود كه اليزابت گولد از دانشگاه راكفلر ثابت كرد كه اين سلول‌هاي جديد در مغزهاي بالغ نيز رشد مي‌كنند، بويژه در ناحيه‌اي از مغز كه به آن «هيپوكامپوس» گفته مي‌شود كه به يادگيري و به خاطر سپردن اختصاص دارد. خيلي زود گزارش‌هاي مشابهي نيز درباره چنين ايده‌اي در ارتباط با طيف گسترده‌اي از گونه‌هاي جانوري از موش آزمايشگاهي گرفته تا نوعي بوزينه آمريكايي منتشر شد. در سال 1998 نيز دانشمنداني در آمريكا و سوئد نشان دادند كه فرآيند «ايجاد بافت عصبي» در انسان‌ها نيز روي مي‌دهد.

دانشمندان در مطالعاتي كه روي موش‌ها انجام دادند، به جزئيات دقيق‌تري درخصوص فرآيند «ايجاد بافت عصبي» دست يافتند. در اين مطالعات دارويي موسوم بهbromodeoxyuridine يا به اختصارBrdU به موش‌هاي آزمايشگاهي تزريق مي‌شد كه به عنوان نشانگر سلول‌هاي تازه شكل گرفته، عمل مي‌كرد و زماني كه زير ميكروسكوپ مورد بررسي قرار مي‌گرفتند، آنها را نشان مي‌داد. آن مطالعات نشان مي‌دادند كه در موش‌هاي صحرايي روزانه بين 5 تا 10 هزار نورون جديد در هيپوكامپوس آنها توليد مي‌شود. (البته درباره اين نكته كه هيپوكامپوس انسان روزانه به چه تعداد نورون جديد خوشامد مي‌گويد اطلاع دقيقي در دست نيست.)

نكته مهم درخصوص توليد اين سلول‌ها اين كه به صورت منظم و بر اساس الگوي زماني خاص توليد نمي‌شوند بلكه توليد آنها تحت تأثير عوامل مختلفي همچون فاكتورهاي متنوع محيطي قرار دارد. به عنوان مثال بررسي‌هاي مختلف از تأثير مخرب نوشيدني‌هاي الكلي بر اين فرآيند خبر مي‌دهند. از سال‌ها پيش نشان داده شده است كه مصرف الكل توليد سلول‌هاي جديد مغزي را به تاخير مي‌اندازد، اما در نقطه مقابل سرعت توليد با ورزش افزايش مي‌يابد. دانشمندان در بررسي‌هاي آزمايشگاهي به اين نتيجه رسيده‌اند كه در مغز موش‌هاي صحرايي و آزمايشگاهي كه براي مدت طولاني در چرخ گردان تحرك دارند در مقايسه با موش‌هايي كه عمدتا زندگي غيرپويايي را تجربه مي‌كنند، توليد سلول‌هاي جديد مغزي حدودا دو برابر است. نكته جالب ديگر اين است كه بر اساس همين مطالعات، خوردن توت فرنگي توليد نورون‌هاي جديد در هيپوكامپوس موش‌هاي صحرايي را تشديد مي‌كند.

حيات و مرگ سلول‌هاي جديد مغزي

ورزش و تحرك و ساير اعمالي از اين دست مي‌توانند به توليد سلول‌هاي مغزي بيشتر منجر شود، اما اين سلول‌هاي جديد لزوما به عنوان نيروهاي تازه نفس به كار گرفته نمي‌شوند به طوري‌كه اگر نه تمام آنها، اما شمار قابل توجهي از اين سلول‌ها تنها در مدت چند هفته پس از شكل گرفتنشان از بين مي‌روند. البته اكثر سلول‌ها در بدن به صورت نامحدود زنده باقي نمي‌مانند بنابراين اين حقيقت كه اين سلول‌ها «مي‌ميرند» به خودي خود شوكه‌كننده نيست، اما مرگ بسيار سريع آنها تا حدودي گيج‌كننده است. در اين خصوص اين پرسش مطرح مي‌شود كه چرا مغز بايد براي توليد اين سلول‌ها به زحمت بيفتد فقط براي اين‌كه آنها را براي مدت بسيار كوتاهي داشته باشد؟

با توجه به مطالعات تحقيقاتي كه تاكنون صورت گرفته است، پاسخ اين‌گونه ارائه مي‌شود: اين سلول‌هاي جديد تنها در صورت به چالش و فعاليت كشيده شدن زنده مي‌مانند. به بيان ديگر اگر اين حيوانات از نظر فكري و شناختي به چالش كشيده شوند، سلول‌هاي ياد شده در مغز آنها ديرتر مي‌ميرند و در غير اين صورت خيلي زود از ميان مي‌روند. اليزابت گولد و همكارانش در سال 1999 به اين كشف مهم نائل شدند و آن زماني بود كه يك سري آزمايش‌ها را با نگاه به تأثير يادگيري در حيات نورون‌هاي تازه متولد شده در هيپوكامپوس مغز موش‌هاي صحرايي انجام دادند.

تكنيك يادگيري كه در اين ميان مورد استفاده قرار گرفت و از آن به «شرط دنبال كردن چشمك زدن» ياد مي‌شود، از جهات گوناگون به آزمايش‌هايي شباهت دارد كه طي آنها سگ‌هاي «پاولوف» هنگام شنيدن صدايي كه مرتبط با آورده شدن غذاست، شروع به ترشح بزاق مي‌كنند. در اين فرآيند، حيوان به صدا گوش مي‌دهد و در ادامه و در كسري از زمان (معمولا 500 ميلي ثانيه يا نصف ثانيه) در جريان موجي از هوا قرار گرفته كه موجب مي‌شود تا حيوان پلك بزند. پس از آزمايش‌هاي كافي (كه معمولا تا چند صد مورد آزمايش انجام مي‌شود) حيوان ارتباط فكري ميان تن صدا و تحريك چشمي ايجاد مي‌كند: حيوان ياد مي‌گيرد كه ورود محرك و در ادامه پلك زدن را پيش‌بيني كند. اين پاسخ شرطي شده نشان مي‌دهد كه حيوان ياد گرفته است تا اين دو رويداد را در يك زمان واحد تركيب كند. البته ممكن است پيشرفت موش در اين فرآيند جزئي باشد، اما اين مقدمه‌چيني مي‌تواند راه خوبي براي اندازه‌گيري «يادگيري در حال انتظار» در حيوانات باشد، اين مفهوم به معناي توانايي در پيش‌بيني آينده بر اساس آنچه كه در گذشته روي داده است، عنوان مي‌شود.

براي امتحان ارتباط ميان يادگيري و فرآيند «ايجاد بافت عصبي»، به تمامي حيوانات تحت آزمايش و در همان ابتدا داروي BrdU تزريق شد. يك هفته بعد در آزمايش برنامه آموزش چشمك زدن به كار گرفته شدند و مابقي نيز در قفس‌هايشان مشغول استراحت بودند. پس از 4 تا 5 روز از آغاز آموزش‌ها، دانشمندان دريافتند در مغز موش‌هايي كه ياد گرفته بودند تا چشمك زدنشان را بدرستي تنظيم كنند در مقايسه با موش‌هايي كه در قفس‌هايشان مشغول استراحت بودند، عصب‌هاي بيشتري توليد شده بود. دانشمندان در ادامه به اين نتيجه رسيدند كه اين تمرين جالب توجه موجب نجات سلول‌هاي مغزي مي‌شوند كه در غير اين صورت سرنوشتي جز مرگ نداشته‌اند. در موش‌هايي كه هيچ‌گونه آموزشي نديده بودند، تنها سلول‌هاي تازه متولد شده بسيار كمي كه به وسيله داروي BrdU در ابتداي آزمايشات مشخص شده بودند، در انتهاي بررسي‌ها نيز ديده مي‌شدند و هر چه اين حيوانات بهتر ياد مي‌گرفتند، نورون‌هاي تازه بيشتري را در مغزشان حفظ مي‌كردند. اين فرآيند دقيقا در موش‌هايي كه يادگرفته بودند تا در مسيرهاي پرپيچ‌وخم حركت كنند نيز ديده مي‌شد.

سلول‌هاي عصبي تازه متولد شده چه كار مي‌كنند؟

روزانه هزاران سلول تازه عصبي در مغز حيات پيدا مي‌كنند و اگر به عنوان مثال موش‌هاي آزمايشگاهي تحت نظر از نظر مغزي به چالش و فعاليت مغزي كشيده شوند، اين سلول‌ها همچنان پابرجا مي‌مانند. اما اكنون اين پرسش مطرح مي‌شود كه عملكرد اين سلول‌ها دقيقا چگونه است؟ نكته مهم اين است كه اين سلول‌ها دقيقا زماني كه توليد مي‌شوند نمي‌توانند به فرآيند يادگيري در مغز كمكي كنند. تحقيقات نشان داده است درصد قابل توجهي از يادگيري تقريبا به صورت «آني» روي مي‌دهد. هنگام روبه‌رو شدن با برنامه كاري جديد، مغز نمي‌تواند براي يك هفته صبر كند و در انتظار نورون‌هاي تازه‌اي بماند تا توليد شده، بالغ شوند و در نهايت در شبكه‌هاي پيچيده مغزي به كار گرفته شوند، آن هم پيش از آن‌كه حيوان بتواند يادگيري را آغاز كند. كشفيات دانشمندان در اين زمينه نشان مي‌دهد كه انبوهي از سلول‌هاي جديد مغزي انباشته شده در مغز با گذشت زمان برخي از جنبه‌هاي يادگيري را تحت تاثير قرار مي‌دهند.

براي آزمايش اين نظريه دانشمندان تصميم گرفتند سلول‌هاي تازه متولد شده مغزي را از بين ببرند. اگر اين سلول‌ها در فرآيند يادگيري نقش مهمي ايفا كنند دانشمندان فرض مي‌كنند حيواناتي كه از آنها بي‌بهره‌اند، حيوانات آزمايشگاهي چندان موفقي نخواهند بود. البته بايد گفت جداساختن تك‌تك اين سلول‌ها از مغز يك موش آزمايشگاهي از بعد فني غيرممكن است، اما دانشمندان در عوض دست به ابتكار جالبي زدند و پيش از هر كاري مانع از توليد شدن آنها در مغز شدند. اين كار به وسيله تزريق چند هفته‌اي دارويي به نامMAM به موش‌هاي صحرايي صورت گرفت. اين دارو مانع از تقسيم شدن سلول‌هاي مغزي مي‌شود. دانشمندان در ادامه اين بررسي‌ها دريافتند حيوانات آزمايشگاهي كه به بدن آنها داروي MAM تزريق شده بود در برنامه «شرط دنبال كردن چشمك زدن» به عنوان شركت‌كنندگان ضعيفي حضور داشتند. در حقيقت اين حيوانات براي پيش‌بيني محرك‌هاي به كار گرفته شده با مشكلات يادگيري زماني زيادي روبه‌رو بودند. اما جالب اين بود كه اين حيوانات در بسياري از برنامه‌ها و وظايف يادگيري ديگر كه به هيپوكامپوس مغز مربوط مي‌شود، عملكر قابل قبولي داشتند.

اما مغز انسان‌ها

تمام مطالعاتي كه تاكنون مورد بحث و بررسي قرار گرفت، روي حيوانات آزمايشگاهي انجام شده‌اند كه عمدتا يا موش‌هاي ساده آزمايشگاهي هستند يا موش‌هاي صحرايي. اما در انسان‌هايي كه هيپوكامپوس مغزشان سلول‌هاي مغزي جديدي توليد نمي‌‌كند، چه اتفاقي روي مي‌دهد؟

پزشكي مدرن در اين خصوص با نگراني به آينده نگاه مي‌كند و در اين ميان بيش از هر چيز بيماران سرطاني در ذهن تداعي مي‌شوند كه براي خلاص شدن از اين بيماري به شيمي درماني روي آورده‌اند.

همچون درمان موش‌هاي آزمايشگاهي با دارويMAM ، شيمي درماني نيز مانع از تقسيم شدن سلول‌هاي مغزي و در نتيجه توليد سلول‌هاي جديد مي‌شود. از اين رو بايد گفت احتمالا افرادي كه تحت درمان شيمي درماني قرار مي‌گيرند غالبا درخصوص مسائلي همچون يادگيري و به خاطر سپردن فهرست‌ها و موارد مختلف شكايت دارند، اين مشكلات عمدتا تحت عنوان سندرومي ياد مي‌شود كه به آن به طور محاوره‌اي بهchemobrain ياد مي‌شود.

بررسي اين يافته‌ها كه طي دو دهه گذشته صورت گرفته است مي‌تواند به احتمال زياد پاسخي براي بيماري‌هاي مغزي مختلف در انسان‌ها نظير آلزايمر باشد. در اين بيماري فساد و انحطاط نورون‌هاي هيپوكامپوسي مغزي، فرد را به سوي از دست دادن توانايي يادگيري و به خاطر سپردن امور سوق مي‌دهد. مغز افرادي كه به بيماري آلزايمر مبتلا هستند همچنان به توليد نورون‌هاي عصبي جديد ادامه مي‌دهد اما اين گونه به نظر مي‌رسد كه حيات بسياري از اين سلول‌ها چندان دوامي ندارد تا به شكل سلول كاملا بالغي تبديل شود. احتمالا فرآيند «ايجاد بافت عصبي» و بلوغ عصبي در چنين افرادي دچار اختلال شده است يا اين سلول‌هاي جديد مغزي احتمالا به دليل اين‌كه بيماري موجب مختل شدن توانايي يادگيري شده است، حيات چندان طولاني ندارند. اما اين تنها يك روي سكه است.

اين يافته‌ها همچنين نشان مي‌دهند كه اميدواري‌هايي نيز وجود دارد، حداقل براي آن دسته از بيماراني كه در مراحل ابتدايي ابتلا به زوال و انحطاط مغزي قرار دارند. همان‌گونه كه در ابتدا به آن اشاره شد، مطالعات انجام شده در حيوانات و افراد سالم گوياي آن هستند كه اعمال ساده‌اي نظير تمرينات ورزشي هوازي مي‌توانند به بهبود سطح توليد نورون‌هاي جديد در مغز منتهي شود. از آن گذشته تحقيقات جديد نشان داده‌اند كه داروهاي ضدافسردگي مي‌توانند به عنوان تعديل‌كننده‌هاي قوي فرآيند «ايجاد بافت عصبي» به كار گرفته شوند. همچنين مطالعه‌اي كه در سال 2007 انجام شد نشان داد كه درمان مزمن با داروهاي ضدافسردگي عملكرد روزانه بيماران مبتلا به آلزايمر را بتدريج افزايش مي‌دهد كه اين فرآيند مي‌تواند آغازي اميدواركننده براي توليد نورون‌هاي عصبي جديد در مغز اين بيماران باشد.

منبع: 2009 scientific american /march
مهدي ك