نوبل پزشکی امسال به چه محققانی رسید

اینها پرسش‌هایی است که برندگان نوبل پزشکی امسال به آن پاسخ گفته‌اند. این سه دانشمند که به دلیل زحمات ارزشمندشان برای پاسخگویی به این پرسش‌ها نوبل پزشکی 2014را از آن خود ‌کرده‌اند، موفق شده‌اند یک سیستم موقعیت‌یاب مکانی یا به عبارتی GPS درونی مغز را شناسایی کنند که موقعیت‌یابی مکانی را امکان‌پذیر می‌کند. این یافته‌ها نشان می‌دهد عملکرد شناختی در سطوح بالاتر، اساس سلولی دارد یا به عبارتی بر پایه عملکرد سلول‌های اختصاصی بنا نهاده شده است.

جان اوکیف (John O’keefe) اولین بخش از این سیستم مکان‌یابی را در سال 1971 شناسایی کرد. او موفق شد نوعی سلول عصبی در بخشی از مغز موسوم به هیپوکامپ شناسایی کند که همیشه زمانی که یک موش در مکان مشخصی در داخل اتاق قرار می‌گرفت این سلول‌ها فعال می‌شدند. زمانی که این موش در مکان‌های دیگر قرار می‌گرفت سلول‌های دیگری در این بخش از مغز فعال‌می‌شدند.

اوکیف به این نتیجه رسید این سلول‌ها دربردارنده نقشه‌ای از اتاق هستند. بعد از گذشت بیش از 30 سال می بریت (May Britt) و ادوارد موزر (Edvard Moser) توانستند بخش کلیدی دیگری از این سیستم موقعیت‌یاب مغزی را شناسایی کنند. آنها نوع دیگری از سلول‌های عصبی مغز را شناسایی کردند و آنها را سلول‌های شبکه نامیدند. سلول‌های شبکه یک سیستم مختصاتی ایجاد می‌کنند که عملکرد این سیستم به موقعیت‌یابی دقیق و تعیین مسیر کمک می‌کند. تحقیقات بعدی این دو محقق دربردارنده اطلاعاتی درباره نقش سلول‌های موقعیت‌یاب و سلول‌های شبکه در موقعیت‌یابی و ناوبری یا تعیین مسیر بود.

یافته‌های این سه محقق توانست به معمایی که قرن‌ها ذهن محققان و دانشمندان را به خود مشغول کرده بود پاسخ گوید. آنها سال‌ها در تلاش برای یافتن اطلاعاتی درباره چگونگی ایجاد نقشه‌ای از فضای اطراف در مغز بودند. در حقیقت پاسخ به این پرسش که ما چگونه می‌توانیم در محیط‌های پیچیده مسیر حرکتمان را پیدا کنیم معمایی بود که محققان از گذشته‌های دور در تلاش بودند برای آن پاسخ درستی بیابند.

حس مکان‌یابی و توانایی ما در پیدا کردن مسیر حرکت و رفت و آمد از نقطه‌ای به نقطه دیگر در حیات ما انسان‌ها و بسیاری از دیگر موجودات زنده نقش بسیار مهم و اساسی دارد. حس مکان‌یابی این امکان را به ما می‌دهد که بتوانیم موقعیت مکانی خود را نسبت به محیط اطرافمان درک کنیم. در حقیقت حرکت ما انسان‌ها و بسیاری از موجودات دیگر بر اساس درک از مسافت انجام می‌شود که این درک از طریق حرکت و شناخت ما نسبت به موقعیت قبلی حاصل می‌شود.

چگونگی شناخت موقعیت نسبت به محیط اطراف و همچنین چگونگی حرکت در یک مسیر مشخص از جمله پرسش‌هایی بود که از گذشته‌های دور بسیاری از محققان در تلاش بوده‌اند به آنها پاسخ دهند. بیش از 200 سال پیش فیلسوف آلمانی به نام امانوئل کانت استدلال کرد بعضی توانایی‌های ذهنی به عنوان دانش اولیه و مستقل از تجربه در افراد وجود دارد. او بر این باور بود که مفهوم فضا به عنوان یک اصل از پیش تعیین شده در ذهن افراد شکل گرفته است و با همین ذهنیت است که بشر می‌تواند دنیای اطرافش را شناخته و نسبت به آن درکی داشته باشد. اما با ظهور علم روان‌شناسی رفتار در اواسط قرن بیستم محققان توانستند به صورت تجربی درباره این پرسش‌ها تحقیق کنند. زمانی که ادوارد تولمن موش‌هایی که در مسیرهای پرپیچ‌وخم در حرکت بودند مورد بررسی قرار داد، متوجه شد این موش‌ها می‌توانند یاد بگیرند چگونه در یک مسیر حرکت کنند و بر این اساس به این نتیجه رسید که شاید در مغز این موجودات یک نقشه شناختی ایجاد می‌شود که به آنها این امکان را می‌دهد که بتوانند راهشان را پیدا کنند.

اما همچنان این سوال مطرح بود که چگونه چنین نقشه‌ای در مغز ترسیم می‌شود؟

شناسایی سلول‌های موقعیت‌یاب در مغز

جان اوکیف از جمله محققانی بود که علاقه داشت برای مطالعه چگونگی کنترل رفتارها توسط مغز به نتایجی دست پیدا کند. وی اواخر دهه 1960 میلادی تصمیم گرفت با استفاده از علم فیزیولوژی اعصاب و روش‌های مبتنی بر این علم به این معما پاسخ گوید. اوکیف سیگنال‌های دریافتی از سلول‌های عصبی در بخشی از مغز موسوم به هیپوکامپ را در موش‌هایی که آزادانه در اتاق در حال حرکت بودند، مورد تجزیه و تحلیل و ارزیابی قرار داد و بر اساس یافته‌ها و داده‌های به‌دست آمده به این نتیجه رسید وقتی این حیوانات در یک موقعیت مکانی مشخص در فضای اتاق قرار می‌گیرند سلول‌های عصبی مشخصی در این بخش از مغز فعال می‌شود. او توانست ثابت کند این سلول‌ها که در شناخت موقعیت مکانی در موجودات زنده نقش دارند فقط اطلاعات دیداری را دریافت نمی‌کنند؛ بلکه می‌توانند یک نقشه درونی از محیط اطراف ترسیم کنند.

این محقق همچنین به این نتیجه رسید که در این بخش از مغز (یعنی هیپوکامپ) نقشه‌های مختلف و متعددی ایجاد می‌شود که بر اساس اطلاعات دریافتی از سلول‌های عصبی که در موقعیت‌های مکانی مشخصی فعال شده‌اند شکل گرفته است. جان اوکیف در نهایت از این مطالعات این طور نتیجه‌گیری کرد که حافظه محیطی می‌تواند به عنوان یک ترکیب اختصاصی از فعالیت سلول‌هایی که در مکان‌یابی و موقعیت‌یابی ایفای نقش می‌کنند در هیپوکامپ مغز ذخیره شود.

سیستم مختصاتی مغز

می بریت و ادوارد موز که زوج دانشمند برنده نوبل پزشکی امسال هستند هنگام نقشه‌برداری از مغز در موش‌هایی که در یک اتاق در حال حرکت بودند متوجه وجود الگوی جالب توجهی از فعالیت بخشی از مغز به نام کورتکس انتورینال شدند. این آزمایش‌ها نشان داد زمانی که موش‌ها به ترتیب از موقعیت‌های مختلف در یک شبکه شش ضلعی عبور می‌کنند، سلول‌های مشخصی در این بخش از مغز فعال می‌شوند. هر یک از این سلول‌ها در یک الگوی فضایی با مختصات منحصر به فرد و اختصاصی فعال می‌شود و در مجموع این سلول‌های شبکه‌ای، سامانه هماهنگ شده‌ای را تشکیل می‌دهد که در موقعیت‌یابی فضایی یا سه‌بعدی نقش مهمی دارد. سلول‌های این بخش از مغز که جهت سر موجود زنده و مرزهای اطراف اتاق را تشخیص داده و شناسایی می‌کند در ترکیب با سلول‌های هیپوکامپ مغز مدارهایی را تشکیل می‌دهد که این مدارها در نهایت به تشکیل یک سیستم موقعیت یاب جامع یا همانGPS درونی مغز منجر می‌شود.

نقشه‌هایی که در مغز شکل می‌گیرد

تحقیقات اخیر در کنار روش‌های تصویربرداری و همچنین مطالعات انجام شده روی بیمارانی که تحت عمل جراحی مغز و اعصاب قرار گرفته‌اند دربردارنده شواهدی است که نشان می‌دهد سلول‌های موقعیت‌یاب و سلول‌های شبکه‌ای در مغز انسان‌ها نیز وجود دارد. در افراد مبتلا به آلزایمر در مراحل اولیه بیماری، هیپوکامپ و قشر یا کورتکس انتورینال مغز تحت تاثیر قرار می‌گیرد و به همین دلیل این افراد راهشان را گم می‌کنند و نمی‌توانند محیط اطرافشان را شناسایی کرده یا به خاطر آورند. بنابراین دستیابی به اطلاعاتی درباره سیستم موقیت یاب مغز می‌تواند به دانشمندان و محققان کمک کند بتوانند تغییرات ایجاد شده در مغز را شناسایی کنند؛ تغییراتی که در نهایت به زوال عقل در سالمندان و از دست دادن حافظه در بیماران مبتلا به آلزایمر منتهی می‌شود. کشف سیستم موقعیت‌یابی در مغز بیانگر یک تغییر پارادایم در درک ما از چگونگی عملکرد سلول‌های اختصاصی این بخش از مغز برای اجرای عملکرد‌های شناختی در سطوح بالاتر است. این یافته، راهکار‌های جدیدی برای فهم و شناخت دیگر فرآیندهای شناختی مغز مانند حافظه، برنامه‌ریزی و تفکر پیش‌روی محققان قرار داده‌است.

می بریت موزر

می بریت موزر سال 1963 در نروژ متولد شد. او و همسرش ادوارد موزر در دانشگاه اسلو در رشته روان شناسی تحصیل کرده‌اند. می‌بریت سال 1995 در مقطع دکتری رشته فیزیولوژی اعصاب فارغ‌التحصیل شد. پیش از این که به عنوان استاد علوم اعصاب در دانشگاه علوم و فناوری تروندهایم نروژ مشغول فعالیت شود، در دانشگاه ادینبورگ به عنوان محقق پسادکتری مشغول به کار بود و مدتی نیز در دانشگاه لندن در یک طرح تحقیقاتی مشارکت داشت. وی اکنون ریاست مرکز محاسبات عصبی دانشگاه تروندهایم را بر عهده دارد. می بریت در یک جلسه کاری بود که ناگهان متوجه این خبر مسرت‌بخش شد. وقتی خبرنگار وبگاه رسمی جایزه نوبل با او تماس گرفت. می ‌بریت در حال گریستن بود و در پاسخ به او گفت: «خیلی شوکه شده‌ام. این که نام دانشمندی در فهرست برندگان جایزه نوبل قرار گیرد موفقیت بسیار بزرگی است. ما معمولا صبح‌های دوشنبه با همکاران جلسه داریم و من در این جلسه بودم که این خبر را شنیدم. از این که همسرم به مونیخ رفته و در این لحظات باشکوه در کنارم نیست، ناراحت هستم.»

او در پاسخ به سوال خبرنگار وبگاه رسمی جایزه نوبل درباره زندگی مشترک با ادوارد موزر گفت: «من و همسرم دیدگاه مشترکی داریم. دوست داریم از همه چیز سر درآوریم. هر روز صبح که با هم صبحانه می‌خوریم، درباره موضوعات مختلف بحث و تبادل نظر می‌کنیم. مهم این است که در این مسیری که با هم پیموده ایم تا به این نقطه برسیم، تلاش‌های زیادی را متحمل شده‌ایم و در نهایت این موفقیت برای ما رقم زده شد. این موفقیت برای ما و دیگر افرادی که در این مسیر همراهمان بوده‌اند و از ما حمایت کرده‌اند بسیار مسرت‌بخش است. این موفقیت نتیجه یک کار گروهی است. افراد زیادی در این مسیر کنار ما بوده‌اند و من این موفقیت را به همه آنها تبریک می‌گویم.»

ادوارد موزر

ادوارد موزر سال 1962 در نروژ متولد شد. سال 1995 در مقطع دکتری در رشته عصب‌شناسی از دانشگاه اسلو فارغ‌التحصیل شد. او و همسرش در در یک دانشگاه و در یک رشته در مقطع فوق‌دکتری ادامه تحصیل دادند و پس از آن هر دو زیر نظر استادشان جان اوکیف در یک طرح تحقیقاتی در دانشگاه لندن مشارکت داشتند. وی سال 1998 به عنوان استاد دانشگاه علوم و فناوری دانشگاه تروندهایم منصوب شد. او از بنیانگذاران موسسه سیستم‌های عصبی کاولی و مرکز زیست‌شناسی حافظه در دانشگاه علوم و فناوری نروژ است و مدیریت موسسه سیستم‌های عصبی کاولی در دانشگاه تروندهایم را بر عهده دارد. او و همسرش می‌بریت زمانی که در دانشگاه ادینبورگ به عنوان محققان دوره پسادکتری مشغول به کار بودند با هم ازدواج کردند.

وی در هواپیما و در مسیر مونیخ بود که خبر موفقیتش در نوبل اعلام شد. ساعت 12 و 30 دقیقه آن روز، وقتی هواپیما به زمین می‌نشیند، ادوارد در فرودگاه با جمعیتی مواجه می‌شود که با حلقه‌های گل به استقبالش آمده بودند. این در حالی بود که او خودش هنوز از این ماجرا با خبر نبود. وقتی گوشی تلفن همراهش را روشن می‌کند، متوجه می‌شود در دو ساعت گذشته بیش از 150 ایمیل و 75 پیامک دریافت کرده است. رفته رفته متوجه می‌شود اوضاع از چه قرار است. او در پاسخ به خبرنگار وبگاه رسمی جایزه نوبل می‌گوید: «این موفقیت بزرگی است. اصلا فکرش را نمی‌کردم این افتخار نصیب من شود. وقتی ناگهانی خبری می‌شنوید که اصلا انتظارش را نداشته‌اید، بسیار لذت‌بخش‌تر است. پس از شنیدن این خبر چند بار تلاش کردم با همسرم تماس بگیرم اما موفق نشدم.» اما خبرنگار در پاسخ به ادوارد موزر می‌گوید آنها موفق شده‌اند پیش از این با او تماس بگیرند و چند دقیقه‌ای با همسرش صحبت کنند. خبرنگار به ادوارد می‌گوید که جالب این بود که می ‌بریت هم از خوشحالی گریه می‌کرد و تنها ناراحتی او این بود که در این لحظات باشکوه همسرش در کنارش نیست. ادوارد که قرار بود برای حضور یک مصاحبه مطبوعاتی عازم موسسه ماکس پلانک شود. در پایان گفت: «جان اوکیف که نام او نیز در کنار نام من و همسرم به عنوان برندگان نوبل پزشکی امسال به ثبت رسیده است از استادان بزرگ ما بوده است. من و همسرم چند ماهی زیر نظر این استاد بزرگ در دانشگاه ادینبورگ در زمینه چگونگی موقعیت‌یابی در مغز تحققاتی را انجام دادیم. این مدت یکی از بهترین دوره‌های آموزشی بوده است که ما گذرانده‌ایم و بدون تردید تجربیات او در رسیدن ما به این موفقیت، نقش مهمی داشته است.»

جان اوکیف

سال 1939 در شهر نیویورک متولد شد. او سال 1967 در مقطع دکتری در رشته روان‌شناسی فیزیولوژیک از دانشگاه مک‌گیل کانادا فارغ‌التحصیل شد. پس از آن برای ادامه تحصیل در مقطع فوق دکتری در دانشگاه لندن به انگلیس نقل مکان کرد و پس از پایان تحصیلات سال 1987 به عنوان استاد علوم عصب‌شناختی دانشگاه لندن منصوب شد. وی اکنون مدیریت مرکز مدارهای عصبی رفتارشناسی Sainsbury Wellcome دانشگاه لندن را بر عهده دارد. وقتی خبر اعطای جایزه نوبل پزشکی امسال اعلام می‌شود جان اوکیف در خانه و در اتاق کارش سرگرم رسیدگی به کارهای روزمره اش بود.

او در پاسخ به خبرنگار وبگاه رسمی جایزه نوبل می‌گوید: «بعد از شنیدن خبر این موفقیت بزرگ احساس می‌کنم روی ماه راه می‌روم! واقعا از این خبر خوشحالم. من معمولا صبح‌ها در خانه کار می‌کنم و هنوز از خانه خارج نشده بودم که این خبر اعلام شد.» او می‌گوید: «چند هفته پیش برای دریافت جایزه کاولی به نروژ سفر کرده بودم. اصلا فکرش را نمی‌کردم بزرگ‌ترین جایزه علمی دنیا روزی نصیب من شود. این افتخار بزرگی است. 43 سال از زمانی که موفق شدم این سلول‌های موقعیت‌یاب را در مغز شناسایی کنم می‌گذرد. من به صبر شهرت دارم و امروز نتیجه این صبر را دیدم. گرچه در این مدت اصلا متوجه گذشت چنین زمان طولانی نشده‌ام. زمانی که من درباره این سلول‌ها صحبت کردم دیگران درباره این که بتوان به حقایقی درباره مغز دست یافت، در تردید بودند.»

فرانک فراهانی‌جم ‌/‌ گروه دانش