Kwa nini huwezi kujifunza kuhusu ubongo wa binadamu kutoka kwa nyani, panya na panya

Matumizi mengi ya utafiti wa sayansi ya neva na matokeo yaliyochapishwa yanahusiana na tafiti zilizofanywa katika panya, panya na nyani. Matokeo ya haya kwa ujumla yanawasilishwa kama mwakilishi wa ulimwengu wote wa utendaji wa ubongo katika spishi zote. Ili kuwa na uhakika akili zote za mamalia zina kufanana kwa muundo na utendaji, na mifumo hii hutoa ufahamu juu ya asili ya michakato ya seli. Kwa kuongezea, angalau kimofolojia, neurons zinaonekana sawa. Yote hii inaweza kuwa muhimu sana katika kujaribu mbinu na kuelewa dhana za jumla. Lakini kuongeza matokeo maalum kutoka kwa viumbe hawa kwa wanadamu kunaweza kupotosha.

Ni dhahiri kwa kila mtu kwamba ubongo wa mwanadamu hutoa uwezo wa kipekee zaidi kuliko spishi zingine. Swali ni kwa kiwango gani tofauti hizi zinajidhihirisha na ni wapi lazima tuchore mipaka ya kuongeza.

Njia za kiwango cha seli za kuelewa utendaji wa ubongo

Kuna maeneo matatu makuu ya utafiti wa utendaji wa ubongo katika kiwango cha seli – usemi wa jeni, ambao unaamuru zana ya Masi na vifaa ambavyo seli hujenga na kutumia kuunda unganisho na kurekebisha shughuli zake, plastiki ya sinepsi, ambayo inaangalia jinsi neuroni zinavyounganisha na kubadilisha asili ya unganisho lao kwa kukabiliana na vichocheo, na shughuli za kuongezeka– aina ya mifumo ya muda inayozalisha kwa kukabiliana na kichocheo au kwa kushirikiana na tabia.

Kusoma plastiki ya synaptic na mifumo ya spiking ya neurons ni vamizi sana na inahitaji ufikiaji wa moja kwa moja wa tishu. Majaribio mengi hufanywa kwa kutoa tishu kutoka kwa akili za panya na panya na kuikuza kwenye sahani. Hizi huitwa majaribio ya vitro , i.e. kufanywa kwenye sahani, na zinahitaji dhabihu ya mnyama. Njia nyingine inahusisha kufungua au kuchimba mashimo kwenye mafuvu ya panya, panya au nyani kuweka elektroni au kutoa nyenzo za maumbile zinazozalisha molekuli (kwa mfano, zile zinazofaa) zinazowezesha upigaji picha wa seli. Katika kesi hii unaweza kusoma shughuli za seli na tishu katika vivo au wakati mnyama yuko macho na mwenye tabia. Walakini, hakuna shughuli ya sinepsi au spiking ya neuronal inayoweza kusomwa kwa urahisi kwa wanadamu isipokuwa wanafanyiwa upasuaji wa ubongo kwa kusudi lingine na kukubali uchunguzi wa majaribio ambao kawaida huja na hatari. Usemi wa jeni, kwa upande mwingine, husomwa kwa urahisi zaidi katika spishi zote kwa kutumia sampuli za tishu za baada ya kifo na inahusishwa kwa karibu na plastiki ya synaptic na kurusha mwiba.

Usemi wa Jeni katika ubongo wa mwanadamu kuhusiana na spishi zingine

Ubongo wa mwanadamu unaonyesha repertoire kubwa zaidi ya jeni kuliko spishi nyingine yoyote. Utafiti mmoja unaonyesha jeni nyingi kama 2014 ambazo zinaonyeshwa kwa njia tofauti katika ubongo wa mwanadamu kuhusiana na akili za sokwe (Khaitovich et al). Zaidi ya hayo, jeni hizi zimeenea katika michakato yote inayojulikana ya seli kutoka kwa utofautishaji na ukuzaji wa neuronal hadi upitishaji wa sinepsi na upitishaji wa ishara na hata michakato ya kimetaboliki. Hii ni dalili kali kwamba seli zina tofauti nzuri za ulimwengu katika jinsi zinavyofanya kazi. Pia ya kukumbukwa ni matokeo kutoka kwa Taasisi ya Allen juu ya tofauti katika usemi wa jeni kati ya panya na wanadamu. Wanagundua kuwa mifumo ya usemi wa jeni inayohusishwa na magonjwa anuwai kwa wanadamu kama vile Alzheimer’s haizingatiwi kwenye panya, na kupendekeza kuwa hii ni sababu moja kwa nini dawa zinazofanya kazi kwa akili za panya mara nyingi hazifanyi kazi kwa wanadamu.

Inafurahisha, Khaitovich et al (kikundi cha Svante Paabo) pia walipata utofauti kati ya wanadamu wakisema kwamba tofauti kati ya maeneo ya ubongo ndani ya mtu yeyote zilikuwa ndogo sana kuliko tofauti kati ya watu binafsi. Utafiti mwingine wa hivi karibuni (soma zaidi juu yake hapa) unaonyesha kuwa niuroni za kibinafsi huhariri jeni zao na kwa hivyo zinaweza kuwa na mifumo tofauti ya kujieleza kutoka kwa seli moja hadi nyingine. Hatimaye, tabia au muktadha wa mazingira unaweza kubadilisha mifumo ya usemi wa jeni (soma zaidi hapa). Vyanzo hivi vingi vya utofauti wa seli na utofauti mkubwa wa uzoefu kati ya watu kuhusiana na spishi zingine huongeza safu nyingine ya utata.

Yote hii inamaanisha kuwa ubongo ni tofauti sana na tofauti sana kwa wanadamu ikilinganishwa na spishi zingine. Kinachofanya kazi kwa panya na nyani hakiwezi kufanya kazi kwa wanadamu na kinachofanya kazi kwa mtu mmoja kinaweza hata kisifanye kazi kwa mwingine.

Hadithi ya glia

Hadithi kubwa ambayo inaweza kujitokeza, hata hivyo, ni kwamba tofauti kubwa haziko katika neurons, ambazo ni seli zinazohusika katika ishara ya umeme wa haraka, lakini katika glia. Seli za glial huzidi niuroni katika ubongo wa mwanadamu kwa karibu mara 1.4 lakini zilifikiriwa kwa muda mrefu kuwa na jukumu la utunzaji wa nyumba. Utafiti kutoka kwa maabara ya Nedergaard hata hivyo umeonyesha kuwa astrocytes za binadamu (aina ya seli ya glial) zina kipenyo kikubwa mara 2.6, hupanua michakato mara 10 zaidi kwa wanadamu na huja kwa aina ndogo ngumu zaidi kuliko panya. Pia hueneza mawimbi ya Ca2+ mara 4 haraka kama yale ya panya. Uchunguzi kutoka kwa maabara ya Ben Barres unaonyesha kuwa glia ina jukumu muhimu zaidi na kubwa katika kurekebisha tabia ya neurons kuliko ilivyofikiriwa hapo awali. Cha kufurahisha zaidi kati ya matokeo haya, hata hivyo, ni kwamba astrocytes za binadamu hujibu kwa nguvu zaidi kwa glutamate ikilinganishwa na panya (Zhang et al) . Glutamate ni molekuli ya kuashiria neuronal inayopatikana kila mahali kwenye ubongo ambayo inaonyesha kuwa glia inaweza kuwa na jukumu kubwa katika kuunda mienendo ya umeme ya ubongo wa mwanadamu.

Kwa kuzingatia tofauti hizi kati ya glia ya binadamu na panya, labda haishangazi kwamba ambapo usemi wa jeni hutofautiana zaidi kati ya panya na wanadamu ni katika glia na sio neurons. Utafiti wa Hawrylycz et al kutoka Taasisi ya Allen unaonyesha tofauti kubwa kati ya usemi wa jeni usio wa neva, Zhang et al (maabara ya Barres) wameonyesha tofauti kubwa katika usemi wa jeni wa astrocytes katika panya na wanadamu, na maabara ya Pavlidis iliona kuwa mifumo ya usemi wa jeni kati ya neurons na oligodendrocytes (aina nyingine ya seli ya glial) ilibadilishwa.

Matokeo haya yanaonyesha kuwa seli za ubongo wa binadamu zinaweza kuishi tofauti kabisa. Mtu anaweza kufikiria mlinganisho kwamba kusoma aina moja ya atomi ili kukisia mali ya nyingine inaweza kuwa sio njia bora kabisa, na kwa mlinganisho, kusoma neurons kutoka kwa aina moja ya mnyama ili kukisia kitu juu ya mwingine. Hii inafanya njia ya chini juu kuwa ngumu sana na inatia shaka kubwa juu ya umuhimu kwa wanadamu wa matokeo yoyote ya fiziolojia yaliyopatikana kutoka kwa spishi zingine.

Tunaenda wapi kutoka hapa?

Utafiti mwingi wa wanyama una mizizi yake katika mfumo wa kupunguza ambao unasema kwamba kuelewa mfumo, mtu lazima ajue kazi na tabia ya vitu vyake. Kisha mtu anaweza kukisia tabia ya jumla ya mfumo. Ikiwa tungejiandikisha kwa mfumo kama huo, basi kutokana na kile tunachojua juu ya tofauti kati ya wanyama na wanadamu, itabidi tufanye kazi kubwa ya sio tu kuelewa neuroni moja kwa mwanadamu mmoja lakini mabilioni ya neurons na glia ambazo zinaweza kuwa za kipekee kwa kila mwanadamu. Kazi ni kubwa kitaalam.

Na kwa kweli, kuna swali la ikiwa njia ya chini juu ni njia sahihi ya kile tunachotaka kutimiza katika uelewa wetu wa ubongo wa mwanadamu. Fikiria kwamba tunapotaka kuelewa mali ya nyenzo inayoelezea asili na matumizi yake, kilicho muhimu ni sifa zake kuu kama rangi na ugumu. Hatutafuti kutabiri haya kupitia kipimo cha mizunguko ya elektroni ya kila atomi na nguvu zao za dhamana (ambazo zinaweza kufanya kazi vizuri wakati mwingine lakini zitakuwa ghali sana na zenye changamoto za kiufundi) lakini badala yake tutafute zana tofauti za kipimo cha kiwango cha mfumo ambazo ni rahisi zaidi na mwishowe zinaelimisha zaidi. Kimsingi inategemea kile tunachojaribu kutimiza na jinsi tunavyotaka sayansi ichangie uelewa na utunzaji wa ubinadamu wa ubongo wa mwanadamu.