قد تكون فترة منتصف الحمل هي الفترة المحدِدَة لتشكل دماغ الإنسان
بقلم بيل هاثاواي
4 أكتوبر 2021
المترجم: عدنان أحمد الحاجي
المقالة رقم 141 لسنة 2022
Mid-pregnancy may be defining period for human brain
By Bill Hathaway
october 4,2021
الصورة : تطور دماغ الانسان: قبل الولادة وبعدها
بعد حوالي أربعة أو خمسة شهور من الحمل، تبدأ فورة من النمو المشبكي [المترجم: تسمي هذه العملية بالتخلق المشبكي[1] ] في قشرة الفص ما قبل الجبهية «PFC» للجنين البشري. وضمن هذه الكتلة المتشابكة من الروابط، يكتسب الدماغ النامي خصائص فريدة تجعل البشر قادرين على التفكير المجرد واللغة والتفاعلات / العلاقات الاجتماعية المعقدة[2]
ولكن ما هي المكونات الجزيئية اللازمة لحدوث هذه الفورة من المشابك العصبية والتي تؤدي إلى مثل هذه التغييرات الجذرية في الدماغ؟ في ورقتين جديدتين نُشرتا في مجلة نتشر Nature، شخّص باحثو جامعة ييل Yale التغييرات الرئيسة في التعبير الجيني[3] وفي بنيوية داخل الدماغ البشري المتطور، مما يجعله فريدًا بين أدمغة جميع أنواع الحيوانات. يقول الباحثون إن هذه الأفكار يمكن أن يكون لها آثار جذرية في فهم الاضطرابات النمائية «الاضطرابات الدماغية» الشائعة.
”إنه لأمر مثير للدهشة ومحبط إلى حد ما حيث أننا لا زلنا لا نعرف السبب الذي يجعل الدماغ البشري مختلفًا عن أدمغة الكائنات الحية species الأخرى القريبة جدًا من بعضها من الناحية الفسيلوجية[4] حسب ما قال نيناد سيستان Nenad Sestan، برفسور علم الأعصاب وبرفسور الطب المقارن في علم الوراثة والطب النفسي في جامعة ييل وكبير المؤلفين في كلتا الدراستين.“ ”معرفة أن هذا الاهتمام ليس مجرد فضول فكري لتفسير من نحن كنوع من الكائنات الحية - قد يساعدنا أيضًا على فهم الاضطرابات العصبية والنفسية، كالفصام والتوحد، بشكل أفضل.“
بالنسبة لهتين لدراستين، أجرى فريق مختبر سيستان Sestan تحليلًا شاملاً للتعبيرات الجينية التي تحدث في قشرة الفص ما قبل الجبهية للإنسان وقرود المكاك والفئران في منتصف فترة الحمل وتشخيص أوجه التشابه والاختلاف بين هذه الكائنات.
ووجدوا أن العامل الحاسم في تشخيص النتائج في الدماغ النامي لجميع هذه الكائنات هو تركيز حمض الريتينويك Retinoic، أو RA، وهو منتج ثانوي لفيتامين أ[5] . حمض الريتينويك، وهو حمض ضروري لتطور ونمو كل عضو من الأعضاء، وهو منظم بشكل محكم في جميع الحيوانات. الزائد جدًا من هذا الحمض أو القليل جدًا منه يمكن أن يؤدي إلى تشوهات في النمو «عيوب خلقية».
في الورقة الأولى، التي نُشرت في 29 سبتمبر 2021 [6] ، وجد فريق البحث بقيادة ميكيهيتو شيباتا Mikihito Shibata وكارتيك باتابيرامان Kartik Pattabiraman، وكلاهما من كلية الطب في جامعة ييل، أن مستوى حمض الريتينويك يزداد في قشرة الفص ما قبل الجبهي للإنسان والفئران وقرود المكاك على حدٍ سواء خلال الثلث الثاني من فترة الحمل، وهي الفترة الأكثر أهمية لتكوين الدارات والروابط العصبية.
عندما حجب الباحثون إشارات حمض الريتينويك في قشرة الفص ما قبل الجبهية في الفئران، أخفقت هذه الفئران في تطوير دارات واتصالية عصبية معينة في مناطق الدماغ التي تعتبر ضرورية للذاكرة العاملة[7] والمعرفة cognition [8] لدى البشر. عند البشر، يتعطل المسار نفسه أيضًا أثناء مرحلة التطور لدى مرضى الفصام والمشخصين باضطراب طيف التوحد، مما يشير إلى أن هذه الاضطرابات قد تشترك في جذور متشابهة أثناء مرحلة تطور الجنين.
الصورة: تمثل المنطقتان باللون الأخضر «في المقدمة على اليسار» قشرة الفص ما قبل الجبهية لدماغ الفأر. حقق باحثو جامعة ييل في لماذا هي ممتدة بشكل كبير في البشر والفئران.
بيد أن الفحص الدقيق للجين CYP26B1، الذي يخلِّق ويوقف نشاط حمض الريتينويك في قشرة الفص ما قبل الجبهية، كشف عن اختلافات مهمة بين الفئران والرئيسيات[9] . على سبيل المثال، في الفئران، الجين يحد من نشاط حمض الريتينويك خارج قشرة الفص ما قبل الجبهية بالغة الصغر للحيوان. عندما حجب الباحثون هذا الجين في الفئران[10] ، أصبحت مناطق أدمغتها ذات الصلة بالمهارات الحسية والحركية تشبه الدارات المشبكية الموجودة في قشرة الفص ما قبل الجبهية. تؤكد هذه النتيجة أيضًا الدور الحاسم الذي يلعبه حمض الريتينويك في توسع قشرة الفص ما قبل الجبهية - وفي تعزيز تعقيد الدماغ المتزايد - في البشر والرئيسيات الأخرى.
”حمض الريتينويك هو أول حجر دومينو يسقط، والذي ينشط شبكات الجينات المعقدة التي تؤدي إلى تطوير مناطق الدماغ المرتبطة بالفكر البشري،“ بحسب ما قال باتابيرامان Pattabiraman، الزميل الإكلينيكي في مركز دراسات الطفل بجامعة ييل والمؤلف المشارك لكلا البحثين.
ثم سأل الباحثون كيف يقوم حمض الريتينويك بهذا العمل المبهر.
يتميز تطور الدماغ البشري بفورة من النمو المشبكي[1] خلال الثلث الثاني من فترة الحمل. تبدأ هذه الروابط في قشرة الفص ما قبل الجبهية ولكن هذه الفورة تخبو تدريجياً عندما تقترب من الخلايا العصبية الحسية والحركية باتجاه مؤخرة الدماغ.
لمعرفة السبب وراء تلك الظاهرة بشكل أفضل، ركز شيباتا وباتابيرامان في الدراسة الثانية على الجين CBLN2، الذي أصبح مركرًا أكثر في قشرة الفص ما قبل الجبهية ويلعب دورًا رئيسًا في تكوين هذه الروابط. حمض الريتينويك ينظم هذا الجين أيضًا بشكل مباشر. ووجدوا أن جين CBLN2 يُنشّط مبكرًا في الجزء الأمامي للدماغ البشري النامي مقارنةً بأجزاء أخرى من الدماغ. علاوة على ذلك، وجدوا أن التعبير الجيني يستمر لفترة أطول وعلى مساحة أعرض من الدماغ البشري مقارنةً بقرود المكاك أو الفئران، مما يشير إلى الدور المركزي لقشرة الفص ما قبل الجبهية في ظهور خصائص معينة للإنسان.
تعرف الباحثون أيضًا على حذف جيني [11] صغيرًا بالقرب من الجين CBLN2 والذي بقي مجفوظًا في نشأة وتطور الإنسان والشمبانزي ولكن ليس في الحيوانات الأخرى. لمعرفة ما إذا كانت عمليات الحذف هذه قد لعبت دورًا في نمو روابط قشرة الفص ما قبل الجبهية PFC، قام الباحثون بعمليات حذف في جينوم الفأر. الفئران التي تمت فيها عمليات الحذف هذه أظهرت توسعًا شبيهًا بما يحدث لدى البشر في جين CBLN2 وزيادة بنسبة 30 ٪ في الروابط في قشرة الفص ما قبل الجبهية، PFC في الفأر ما بعد البلوغ [المترجم: أي بعمر 3 - 6 شهور وهذا العمر يكافيء عمر الرشد لدى الانسان: 20 - 30 سنة12].
لو أخذت الورقتان مجتمعتين لأتظهرتا أن الطريق إلى فهم الآليات الجينية الكامنة وراء القدرة المعرفية cognitive المتقدمة يبدأ بالإنتاج الموضعي لحمض الريتينويك، والذي ينشط بعد ذلك الجينات البعدية downstream، بما فيها جين CBLN2. هذا يُملي أين ومتى تتشكل هذه الروابط الدماغية الحاسمة.
”قشرة الفص ما قبل الجبهية تدمج المعلومات من أجزاء أخرى من الجهاز العصبي المركزي وتوفر تحكمًا مفصلًا [من المجمل إلى المفصل top-diwn] في الانتباه والفكر والمشاعر والأفعال / التصرفات،“ حسبما قال سيستان: كما أنه أساسي في حدوث اختلالات الوظائف في العديد من الاضطرابات العصبية والنفسية. التغييرات الطفيفة في الروابط المكوِّنة للعقل البشري قد تجعله مريضًا أيضًا ".
