یادگیری راز جوان ماندن مغز

برخلاف تصور عموم تقریبا هر روز ارتباط‌های تازه‌ای بین سلولهای عصبی در مغز افراد بزرگسال شکل می‌گیرد و سلولهای جدیدی در بعضی از قسمت‌های مغز تشکیل می‌شوند. اکنون تحقیقات تازه علم پزشکی نشان می‌دهند که این سلول‌ها کمک زیادی به یادگیری امور و فرآیندهای پیچیده در مغز می‌کنند و جالب‌تر این که بر اساس همین یافته‌ها، هرچه این سلول‌ها بیشتر به چالش و فعالیت کشیده شوند، بازدهی و شکوفایی مؤثرتری خواهند داشت. اگر تلویزیون تماشا کنید، مجلات مختلف بخوانید یا در اینترنت به گشت‌وگذار بپردازید احتمالا با آگهی‌های تبلیغاتی مواجه شده‌اید که شما را به انجام ورزش‌های فکری توصیه می‌کنند. برنامه‌های مختلف ورزیده ساختن مغز، افراد را تشویق می‌کنند تا با تمرین دادن روزمره مغز خود، به نوعی انعطاف و سرزندگی فکری خود را حفظ و تقویت کنند. این تمرینات می‌تواند طیف گسترده‌ای از امور همچون حفظ کردن فهرست‌های مختلف عددی تا حل کردن جداول متنوع و حتی تخمین زدن شمار درختان پارک‌های بزرگ را دربربگیرد. شاید این‌گونه تمرینات چندان مهم و حیرت‌انگیز به شمار نیایند، اما به عقیده بسیاری از محققان ممکن است این‌گونه برنامه‌ها ریشه و اساس مهمی در زیست‌شناسی عصبی داشته باشد.

تحقیقاتی از این دست، هرچند که عمدتا روی موش‌های آزمایشگاهی انجام می‌شوند، بر این حقیقت تأکید دارند که یادگیری موجب تقویت حیات نورون‌های (به سلولهای عصبی در اصطلا‌ح علمی نورون گفته می‌شود) تازه در مغز افراد بالغ می‌شود و هر چه فرآیند یادگیری چالش‌انگیزتر و مشکل‌تر باشد، شمار بیشتری از نورون‌ها تولید و به کار گرفته می‌شوند. این نورون‌ها احتمالا در شرایطی وارد عمل می‌شوند که مغز تحت فشار بیشتری نسبت به حالات عادی خود قرار دارد. از این رو آن گونه به نظر می‌رسد که یک فعالیت قابل توجه فکری می‌تواند موجب پوست‌اندازی و به نوعی جلای مغزی شود. این فرآیند حتی از نظر تأثیرگذاری بهتر از تأثیری است که بدنسازی بر زیبایی و تناسب بدن دارد. با توجه به چنین یافته‌هایی می‌توان به جرا‡ت گفت افرادی که در مراحل ابتدایی ابتلا به آلزایمر یا سایر بیماری‌های زوال عقلی هستند احتمالا می‌توانند روند پیشرفت بیماری خود را با فعالیت‌های روزمره مغزی کندتر کنند.

این یک نورون جدید است!

در دهه 90 دانشمندان با ارائه یافته‌هایی، تحولی تاریخی در دانش زیست‌شناسی عصبی ایجاد کردند. این یافته‌ها گویای آن بودند که مغز پستانداران بالغ قادر است تا نورون‌های تازه‌ای تولید کند. زیست‌شناسان تا پیش از آن بر این باور بودند که استعداد خاص که از آن به عنوان فرآیند «ایجاد بافت عصبی» یاد می‌شد صرفا مختص مغزهای جوان و در حال رشد است که با افزایش سن و پیر شدن، از میان می‌رود. اما در اوایل همین دهه بود که الیزابت گولد از دانشگاه راکفلر ثابت کرد که این سلول‌های جدید در مغزهای بالغ نیز رشد می‌کنند، بویژه در ناحیه‌ای از مغز که به آن «هیپوکامپوس» گفته می‌شود که به یادگیری و به خاطر سپردن اختصاص دارد. خیلی زود گزارش‌های مشابهی نیز درباره چنین ایده‌ای در ارتباط با طیف گسترده‌ای از گونه‌های جانوری از موش آزمایشگاهی گرفته تا نوعی بوزینه آمریکایی منتشر شد. در سال 1998 نیز دانشمندانی در آمریکا و سوئد نشان دادند که فرآیند «ایجاد بافت عصبی» در انسان‌ها نیز روی می‌دهد.

دانشمندان در مطالعاتی که روی موش‌ها انجام دادند، به جزئیات دقیق‌تری درخصوص فرآیند «ایجاد بافت عصبی» دست یافتند. در این مطالعات دارویی موسوم بهbromodeoxyuridine یا به اختصارBrdU به موش‌های آزمایشگاهی تزریق می‌شد که به عنوان نشانگر سلول‌های تازه شکل گرفته، عمل می‌کرد و زمانی که زیر میکروسکوپ مورد بررسی قرار می‌گرفتند، آنها را نشان می‌داد. آن مطالعات نشان می‌دادند که در موش‌های صحرایی روزانه بین 5 تا 10 هزار نورون جدید در هیپوکامپوس آنها تولید می‌شود. (البته درباره این نکته که هیپوکامپوس انسان روزانه به چه تعداد نورون جدید خوشامد می‌گوید اطلاع دقیقی در دست نیست.)

نکته مهم درخصوص تولید این سلول‌ها این که به صورت منظم و بر اساس الگوی زمانی خاص تولید نمی‌شوند بلکه تولید آنها تحت تأثیر عوامل مختلفی همچون فاکتورهای متنوع محیطی قرار دارد. به عنوان مثال بررسی‌های مختلف از تأثیر مخرب نوشیدنی‌های الکلی بر این فرآیند خبر می‌دهند. از سال‌ها پیش نشان داده شده است که مصرف الکل تولید سلول‌های جدید مغزی را به تاخیر می‌اندازد، اما در نقطه مقابل سرعت تولید با ورزش افزایش می‌یابد. دانشمندان در بررسی‌های آزمایشگاهی به این نتیجه رسیده‌اند که در مغز موش‌های صحرایی و آزمایشگاهی که برای مدت طولانی در چرخ گردان تحرک دارند در مقایسه با موش‌هایی که عمدتا زندگی غیرپویایی را تجربه می‌کنند، تولید سلول‌های جدید مغزی حدودا دو برابر است. نکته جالب دیگر این است که بر اساس همین مطالعات، خوردن توت فرنگی تولید نورون‌های جدید در هیپوکامپوس موش‌های صحرایی را تشدید می‌کند.

حیات و مرگ سلول‌های جدید مغزی

ورزش و تحرک و سایر اعمالی از این دست می‌توانند به تولید سلول‌های مغزی بیشتر منجر شود، اما این سلول‌های جدید لزوما به عنوان نیروهای تازه نفس به کار گرفته نمی‌شوند به طوری‌که اگر نه تمام آنها، اما شمار قابل توجهی از این سلول‌ها تنها در مدت چند هفته پس از شکل گرفتنشان از بین می‌روند. البته اکثر سلول‌ها در بدن به صورت نامحدود زنده باقی نمی‌مانند بنابراین این حقیقت که این سلول‌ها «می‌میرند» به خودی خود شوکه‌کننده نیست، اما مرگ بسیار سریع آنها تا حدودی گیج‌کننده است. در این خصوص این پرسش مطرح می‌شود که چرا مغز باید برای تولید این سلول‌ها به زحمت بیفتد فقط برای این‌که آنها را برای مدت بسیار کوتاهی داشته باشد؟

با توجه به مطالعات تحقیقاتی که تاکنون صورت گرفته است، پاسخ این‌گونه ارائه می‌شود: این سلول‌های جدید تنها در صورت به چالش و فعالیت کشیده شدن زنده می‌مانند. به بیان دیگر اگر این حیوانات از نظر فکری و شناختی به چالش کشیده شوند، سلول‌های یاد شده در مغز آنها دیرتر می‌میرند و در غیر این صورت خیلی زود از میان می‌روند. الیزابت گولد و همکارانش در سال 1999 به این کشف مهم نائل شدند و آن زمانی بود که یک سری آزمایش‌ها را با نگاه به تأثیر یادگیری در حیات نورون‌های تازه متولد شده در هیپوکامپوس مغز موش‌های صحرایی انجام دادند.

تکنیک یادگیری که در این میان مورد استفاده قرار گرفت و از آن به «شرط دنبال کردن چشمک زدن» یاد می‌شود، از جهات گوناگون به آزمایش‌هایی شباهت دارد که طی آنها سگ‌های «پاولوف» هنگام شنیدن صدایی که مرتبط با آورده شدن غذاست، شروع به ترشح بزاق می‌کنند. در این فرآیند، حیوان به صدا گوش می‌دهد و در ادامه و در کسری از زمان (معمولا 500 میلی ثانیه یا نصف ثانیه) در جریان موجی از هوا قرار گرفته که موجب می‌شود تا حیوان پلک بزند. پس از آزمایش‌های کافی (که معمولا تا چند صد مورد آزمایش انجام می‌شود) حیوان ارتباط فکری میان تن صدا و تحریک چشمی ایجاد می‌کند: حیوان یاد می‌گیرد که ورود محرک و در ادامه پلک زدن را پیش‌بینی کند. این پاسخ شرطی شده نشان می‌دهد که حیوان یاد گرفته است تا این دو رویداد را در یک زمان واحد ترکیب کند. البته ممکن است پیشرفت موش در این فرآیند جزئی باشد، اما این مقدمه‌چینی می‌تواند راه خوبی برای اندازه‌گیری «یادگیری در حال انتظار» در حیوانات باشد، این مفهوم به معنای توانایی در پیش‌بینی آینده بر اساس آنچه که در گذشته روی داده است، عنوان می‌شود.

برای امتحان ارتباط میان یادگیری و فرآیند «ایجاد بافت عصبی»، به تمامی حیوانات تحت آزمایش و در همان ابتدا داروی BrdU تزریق شد. یک هفته بعد در آزمایش برنامه آموزش چشمک زدن به کار گرفته شدند و مابقی نیز در قفس‌هایشان مشغول استراحت بودند. پس از 4 تا 5 روز از آغاز آموزش‌ها، دانشمندان دریافتند در مغز موش‌هایی که یاد گرفته بودند تا چشمک زدنشان را بدرستی تنظیم کنند در مقایسه با موش‌هایی که در قفس‌هایشان مشغول استراحت بودند، عصب‌های بیشتری تولید شده بود. دانشمندان در ادامه به این نتیجه رسیدند که این تمرین جالب توجه موجب نجات سلول‌های مغزی می‌شوند که در غیر این صورت سرنوشتی جز مرگ نداشته‌اند. در موش‌هایی که هیچ‌گونه آموزشی ندیده بودند، تنها سلول‌های تازه متولد شده بسیار کمی که به وسیله داروی BrdU در ابتدای آزمایشات مشخص شده بودند، در انتهای بررسی‌ها نیز دیده می‌شدند و هر چه این حیوانات بهتر یاد می‌گرفتند، نورون‌های تازه بیشتری را در مغزشان حفظ می‌کردند. این فرآیند دقیقا در موش‌هایی که یادگرفته بودند تا در مسیرهای پرپیچ‌وخم حرکت کنند نیز دیده می‌شد.

سلول‌های عصبی تازه متولد شده چه کار می‌کنند؟

روزانه هزاران سلول تازه عصبی در مغز حیات پیدا می‌کنند و اگر به عنوان مثال موش‌های آزمایشگاهی تحت نظر از نظر مغزی به چالش و فعالیت مغزی کشیده شوند، این سلول‌ها همچنان پابرجا می‌مانند. اما اکنون این پرسش مطرح می‌شود که عملکرد این سلول‌ها دقیقا چگونه است؟ نکته مهم این است که این سلول‌ها دقیقا زمانی که تولید می‌شوند نمی‌توانند به فرآیند یادگیری در مغز کمکی کنند. تحقیقات نشان داده است درصد قابل توجهی از یادگیری تقریبا به صورت «آنی» روی می‌دهد. هنگام روبه‌رو شدن با برنامه کاری جدید، مغز نمی‌تواند برای یک هفته صبر کند و در انتظار نورون‌های تازه‌ای بماند تا تولید شده، بالغ شوند و در نهایت در شبکه‌های پیچیده مغزی به کار گرفته شوند، آن هم پیش از آن‌که حیوان بتواند یادگیری را آغاز کند. کشفیات دانشمندان در این زمینه نشان می‌دهد که انبوهی از سلول‌های جدید مغزی انباشته شده در مغز با گذشت زمان برخی از جنبه‌های یادگیری را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

برای آزمایش این نظریه دانشمندان تصمیم گرفتند سلول‌های تازه متولد شده مغزی را از بین ببرند. اگر این سلول‌ها در فرآیند یادگیری نقش مهمی ایفا کنند دانشمندان فرض می‌کنند حیواناتی که از آنها بی‌بهره‌اند، حیوانات آزمایشگاهی چندان موفقی نخواهند بود. البته باید گفت جداساختن تک‌تک این سلول‌ها از مغز یک موش آزمایشگاهی از بعد فنی غیرممکن است، اما دانشمندان در عوض دست به ابتکار جالبی زدند و پیش از هر کاری مانع از تولید شدن آنها در مغز شدند. این کار به وسیله تزریق چند هفته‌ای دارویی به نامMAM به موش‌های صحرایی صورت گرفت. این دارو مانع از تقسیم شدن سلول‌های مغزی می‌شود. دانشمندان در ادامه این بررسی‌ها دریافتند حیوانات آزمایشگاهی که به بدن آنها داروی MAM تزریق شده بود در برنامه «شرط دنبال کردن چشمک زدن» به عنوان شرکت‌کنندگان ضعیفی حضور داشتند. در حقیقت این حیوانات برای پیش‌بینی محرک‌های به کار گرفته شده با مشکلات یادگیری زمانی زیادی روبه‌رو بودند. اما جالب این بود که این حیوانات در بسیاری از برنامه‌ها و وظایف یادگیری دیگر که به هیپوکامپوس مغز مربوط می‌شود، عملکر قابل قبولی داشتند.

اما مغز انسان‌ها

تمام مطالعاتی که تاکنون مورد بحث و بررسی قرار گرفت، روی حیوانات آزمایشگاهی انجام شده‌اند که عمدتا یا موش‌های ساده آزمایشگاهی هستند یا موش‌های صحرایی. اما در انسان‌هایی که هیپوکامپوس مغزشان سلول‌های مغزی جدیدی تولید نمی‌‌کند، چه اتفاقی روی می‌دهد؟

پزشکی مدرن در این خصوص با نگرانی به آینده نگاه می‌کند و در این میان بیش از هر چیز بیماران سرطانی در ذهن تداعی می‌شوند که برای خلاص شدن از این بیماری به شیمی درمانی روی آورده‌اند.

همچون درمان موش‌های آزمایشگاهی با دارویMAM ، شیمی درمانی نیز مانع از تقسیم شدن سلول‌های مغزی و در نتیجه تولید سلول‌های جدید می‌شود. از این رو باید گفت احتمالا افرادی که تحت درمان شیمی درمانی قرار می‌گیرند غالبا درخصوص مسائلی همچون یادگیری و به خاطر سپردن فهرست‌ها و موارد مختلف شکایت دارند، این مشکلات عمدتا تحت عنوان سندرومی یاد می‌شود که به آن به طور محاوره‌ای بهchemobrain یاد می‌شود.

بررسی این یافته‌ها که طی دو دهه گذشته صورت گرفته است می‌تواند به احتمال زیاد پاسخی برای بیماری‌های مغزی مختلف در انسان‌ها نظیر آلزایمر باشد. در این بیماری فساد و انحطاط نورون‌های هیپوکامپوسی مغزی، فرد را به سوی از دست دادن توانایی یادگیری و به خاطر سپردن امور سوق می‌دهد. مغز افرادی که به بیماری آلزایمر مبتلا هستند همچنان به تولید نورون‌های عصبی جدید ادامه می‌دهد اما این گونه به نظر می‌رسد که حیات بسیاری از این سلول‌ها چندان دوامی ندارد تا به شکل سلول کاملا بالغی تبدیل شود. احتمالا فرآیند «ایجاد بافت عصبی» و بلوغ عصبی در چنین افرادی دچار اختلال شده است یا این سلول‌های جدید مغزی احتمالا به دلیل این‌که بیماری موجب مختل شدن توانایی یادگیری شده است، حیات چندان طولانی ندارند. اما این تنها یک روی سکه است.

این یافته‌ها همچنین نشان می‌دهند که امیدواری‌هایی نیز وجود دارد، حداقل برای آن دسته از بیمارانی که در مراحل ابتدایی ابتلا به زوال و انحطاط مغزی قرار دارند. همان‌گونه که در ابتدا به آن اشاره شد، مطالعات انجام شده در حیوانات و افراد سالم گویای آن هستند که اعمال ساده‌ای نظیر تمرینات ورزشی هوازی می‌توانند به بهبود سطح تولید نورون‌های جدید در مغز منتهی شود. از آن گذشته تحقیقات جدید نشان داده‌اند که داروهای ضدافسردگی می‌توانند به عنوان تعدیل‌کننده‌های قوی فرآیند «ایجاد بافت عصبی» به کار گرفته شوند. همچنین مطالعه‌ای که در سال 2007 انجام شد نشان داد که درمان مزمن با داروهای ضدافسردگی عملکرد روزانه بیماران مبتلا به آلزایمر را بتدریج افزایش می‌دهد که این فرآیند می‌تواند آغازی امیدوارکننده برای تولید نورون‌های عصبی جدید در مغز این بیماران باشد.

منبع: 2009 scientific american /march
مهدی کیا