مجهر بوزن غرام واحد يتيح للعلماء مراقبة 8500 خلية عصبية في وقت واحد

يُعد فهم كيفية تحويل الدماغ لإطلاق مليارات الخلايا العصبية معًا إلى قرار واحد أو ذكرى أو حركة مفاجئة من أصعب مشكلات العلم. ويكمن جزء كبير من الصعوبة ببساطة في رؤية ذلك يحدث: فمعظم أدوات التصوير ضخمة أو مرتبطة بكابلات أو لا تستطيع مراقبة سوى رقعة صغيرة من نسيج الدماغ في المرة الواحدة. ويقول فريق من الباحثين الصينيين إنه بنى الآن أخف مجهر لاسلكي من نوعه، وهو جهاز يزن غرامًا واحدًا فقط ويمكنه تسجيل نشاط آلاف الخلايا العصبية في حيوان يتحرك بحرية.

الأداة هي ميزوسكوب، وهو فئة من المجاهر مصممة لتصوير مناطق نسيجية كبيرة نسبيًا بدلًا من خلية واحدة. ووفقًا لقناة CCTV، يعمل جهاز الفريق عبر مجال رؤية بعرض ستة ملليمترات ويمكنه تمييز الخلايا الفردية. وفي اختبارات على الفئران، التقط نشاط أكثر من 8500 خلية عصبية في القشرة الدماغية في وقت واحد — أي نحو 25 ضعف العدد الذي تستطيع المعدات الحالية المماثلة تسجيله في وقت واحد. ونُشرت النتائج على الإنترنت في 19 أكتوبر في مجلة Nature، إحدى أبرز المجلات العلمية في العالم.

هذا الإنجاز هو إنجاز هندسي بقدر ما هو إنجاز بيولوجي. فالمجهر المكتبي التقليدي لا يمكن تثبيته على رأس فأر، والكابل المتصل بجهاز ثابت من شأنه تقييد الحيوان وتشويه السلوك ذاته الذي يريد العلماء مراقبته. وقد تطلب حشر البصريات والمستشعرات والطاقة والإرسال اللاسلكي في شيء يستطيع الحيوان حمله دون إجهاد واضح مقاربات جديدة للتصغير ومعالجة البيانات. وبوزن غرام واحد، يكون الجهاز خفيفًا بما يكفي ليعتقد الباحثون أنه لن يتدخل بشكل جوهري في الحركة الطبيعية.

وهذا مهم لأن السلوك هو حيث يصبح نشاط الدماغ ذا معنى. فمراقبة إطلاق الخلايا العصبية بينما يستكشف الحيوان أو يتفاعل اجتماعيًا أو يتعلم مهمة أو يستجيب لتهديد أمر محوري لفهم كيفية تنظيم الدوائر العصبية للسلوك المعقد. وحتى الآن، كان على المختبرات غالبًا الاختيار بين التسجيل عالي الدقة في حيوان مثبت الرأس والمراقبة الأوسع في حيوان قادر على الحركة الطبيعية. ويَعِد جهاز لاسلكي يلتقط آلاف الخلايا في وقت واحد بتقليص هذه المقايضة بشكل كبير.

يمنح النشر في Nature العملَ حضورًا دوليًا ويشير إلى أن النتائج اجتازت مراجعة الأقران الصارمة. كما يضع المجموعات البحثية الصينية بثبات بين رواد أجهزة التقنيات العصبية، وهو مجال هيمنت عليه تاريخيًا مختبرات في الولايات المتحدة وأوروبا. ولم يكشف الفريق عن تفاصيل طرح تجاري، لكن الأجهزة من هذا النوع تميل إلى الانتشار بسرعة في مجتمع علم الأعصاب، لأن نافذة أفضل على الدماغ مفيدة لجميع المختبرات التي تدرسه تقريبًا.

وبالنسبة للجمهور الأوسع، من المرجح أن تكون الفائدة العملية غير مباشرة لكنها حقيقية. فرسم خرائط تنسيق أعداد كبيرة من الخلايا العصبية هو أساس العمل في التعلم والذاكرة والنوم والأمراض العصبية. فالأدوات الأفضل لا تنتج علاجات تلقائيًا، لكنها تغيّر الأسئلة التي تصبح قابلة للإجابة. والمجهر القادر على تتبع آلاف الخلايا العصبية عبر السلوك اليومي يحوّل بعض التجارب الافتراضية سابقًا إلى تجارب روتينية.

هناك حدود جديرة بالملاحظة. فقد أُجري العمل على الفئران، وترجمة النتائج بين الأنواع ليست تلقائية أبدًا. كما يسجل الجهاز من القشرة، وهي منطقة سطحية، وليس من البنى العميقة في الدماغ. ومع ذلك، فإن الرقم الرئيسي — غرام واحد، ومجال رؤية ستة ملليمترات، وأكثر من 8500 خلية عصبية في وقت واحد — هو نوع الإنجاز الذي يعيد ضبط التوقعات لما يمكن أن يكون عليه مستشعر دماغي قابل للارتداء.

وبالنسبة لمجال ظل طويلًا مقيدًا بأدواته، فإن هذا مهم. وستكون الخطوة التالية هي رؤية مدى اعتماد المختبرات الأخرى على الجهاز على نطاق واسع، وما الاكتشافات التي ستتبع عندما يصبح مراقبة آلاف الخلايا العصبية في وقت واحد أمرًا عاديًا.