مرونة النمو

عوامل النمو والانتحار الخلوي

في أواخر أربعينيات القرن العشرين، انضمَّت شابَّة تُدعى ريتا ليفي مونتالتشيني إلى مختبَر عالِم الأجنَّة المرموق فيكتور هامبرجر، وعزمت على فهم العلاقة بين الجهاز العصبي النامي وبين الأعضاء الأخرى والأنسجة التي يحفِّزها. أزال هامبرجر في تَجارِبه الأطرافَ النامية في أجنَّة الدجاج، ولاحظ أنَّ الخلايا العصبية الحسية الأساسية، التي تمدِّد الألياف إلى جلد الأطراف وعضلاتها، لم تعِش بسبب غياب أنسجتها «المستهدفة». استنتج هامبرجر من ذلك أنَّ الخلايا العصبية تعتمد على وجهتها النهائية بدرجةٍ كبيرة كي تنضج إلى نوعٍ محدَّد.

قدَّمت أعمال ليفي مونتالتشيني دليلًا مباشرًا على حدوث موت موسع للخلايا خلال مراحل النمو العصبي المبكرة، وشرحت بوضوح كيف أنَّ الإمداد العصبي يتوافق بشدة مع حجم الأعضاء وغير ذلك من الأنسجة المستهدفة. ووفقًا لفرضية التغذية العصبية، تُنتَج الخلايا العصبية بأعدادٍ فائضة في البداية ثم تتنافس على إمدادٍ محدود من عامل نمو الأعصاب المشتق من الهدف، وتلك الخلايا العصبية التي تستقبل الإشارة تنجو وتمرُّ بمرحلة النضج، أما التي لا تستقبلها فتذوي وتموت.

إنَّ عامل نمو الأعصاب هو أول عامل نمو يجري تحديده. وقد كان اكتشافه وتوصيفه معلمًا مهمًّا في فهمنا للنمو العصبي، وقد تشاركت ليفي مونتالتشيني وكوهين جائزةَ نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عن عملهما هذا في عام ١٩٨٦.

سرعان ما اتضح بعد ذلك أنَّ الموت الموسع للخلايا من سمات النمو العصبي العادية في جميع الكائنات. تُسمى هذه العملية بالموت المبرمَج للخلايا. تنظم هذه العملية حجم تجمعات الخلايا العصبية، والمسافة الملائمة بين الخلايا وموقعها، وظهور الشكل والبنية، إضافةً إلى العديد من الوظائف الأخرى؛ ولهذا فهي سمةٌ ضرورية لنمو الدماغ على نحو سليم.

تكوين المشابك العصبية

يتَّسم سلوك الخلايا العصبية غير الناضجة في الدماغ النامي بالتشوش وعدم التمييز؛ فتُكوِّن من الوصلات المشبكية العصبية أكثرَ مما تحتاج إليه بكثير، ثم تقوم بعد ذلك بالتخلص من الوصلات الزائدة وغير المتوافقة وغير المهمة.

يُفهَم تكوين المشابك العصبية (أو تخليق المشابك العصبية) على أفضلِ نحوٍ عند الموصل العصبي العضلي، حيث يتلامس طرف العَصَبون الحركي مع النسيج العضلي الهيكلي. كان كاخال قد اكتشف من قبلُ أنَّ الوصول إلى هذه المشابك ودراساتها أسهل كثيرًا من تلك الموجودة في الدماغ، التي هي أصغر كثيرًا وتتراص في مجموعاتٍ كثيفة. عبَّر كاخال عن ذلك في سيرته الذاتية بعنوان «ذكريات حياتي»، فكتب «بما أنَّ الغابة المكتملة النمو تبدو منيعة ولا يمكن اختراقها، فلماذا لا نلجأ إلى دراسة الغابة الصغيرة في مرحلة الروضة، إن جاز التعبير؟»

عند الموصل العصبي العضلي، يطلق العصب الحركي الناقل العصبي أسيتيل كولين، الذي يرتبط بالمستقبلات الموجودة على ألياف العضلة؛ مما يتسبَّب في انقباضها. بالرغم من ذلك، لا يكون طرَف العصب ولا العضلة جاهزين في البداية لأداء عملية إصدار الإشارة هذه. تأخذ نهاية الليف العصبي النامي شكل مخروط النمو، وهو بنية ديناميكية مغطاة بنتوءات تشبه الأصابع تُسمى بالأرجل الكاذبة الخيطية تكشف عن الإشارات الكيميائية في البيئة المحلية لإرشاد القمة النامية لليف العصبي إلى وجهتها الملائمة، مع وضع مواد جديدة في أثناء تقدُّمها. وبالمثل، لا تكون الكتلة العضلية غير الناضجة قد انقسمت بعدُ إلى خلايا عضلية مفردة، وتكون جزيئات مستقبل الأسيتيل كولين الخاصة بها موزَّعة بالتساوي تحت الغشاء.

إنَّ تكوين المشابك العصبية ونضجها يعتمدان إلى حدٍّ كبير على التفاعلات بين العصب غير الناضج والعضلة. عندما يمدُّ مخروط النمو طرفه المستدق إلى ألياف العضلة، فإنها تفرز دفقة من الأسيتيل كولين، ويؤدي هذا إلى إعادة توزيع مستقبلات الأسيتيل كولين التي تتجمع في البداية ثم تثبت في مواقع محددة بالغشاء. تزيد التغذية العصبية للعضلة من خلال العصب من قدرة المستقبلات الموجودة في العضلة بالفعل على التوصيل، وتحفِّز أيضًا تركيب جزيئات مستقبِلة جديدة، وتُدمَج هذه الجزيئات في غشاء العضلة.

ونتيجةً لهذا، تنقسم الكتلة العضلية في نهاية المطاف إلى أليافٍ عضلية مفردة، ولكلٍّ منها منطقة مختصة بالمستقبلات تُسمى بالصفيحة النهائية. عند اكتمال هذه العملية، سيوجد حوالَي ٢٠ ألفًا من مستقبلات الأسيتيل كولين لكل ميكرومتر مربع من الصفيحة النهائية، وهي كثافة تزيد بعدة آلاف الأضعاف عن كثافة المناطق الأخرى في غشاء العضلة.

تختلف المشابك الموجودة في الدماغ والحبل الشوكي عن الموصلات العصبية العضلية في العديد من النواحي المهمة. فالموصِّل العصبي العضلي يربط العصب بالعضلة، لكن مشابك الدماغ تربط عناصر العَصَبونات بعضها ببعض، كأن تربط طرف العصب بجسم الخلية العصبية، أو بالمحور، أو بإحدى الزوائد الشجيرية. وبينما يتصل العصب الحركي الناضج بليف عضلي واحد، يُقدَّر عدد الوصلات المشبكية العصبية التي تشكِّلها العَصَبونات الموجودة في الدماغ مع الخلايا الأخرى ﺑ ١٠ آلاف وصلة. ونظرًا لصغر حجمها وتعقيدها وصعوبة الوصول إليها، فإنَّ ما نعرفه عن كيفية تكوين المشابك العصبية في الدماغ أقل بكثير. بالرغم من ذلك، يُعتقَد أنها تتبع الطريقة نفسها تقريبًا، التي تتشكَّل بها تلك الموجودة في الموصلات العصبية العضلية.

التقليم المشبكي العصبي

تحدث عمليتا تكوين المشابك العصبية وتقليمها على نحوٍ موسَّع في دماغ الجنين، وهما جوهريتان لنمو الدماغ بشكل ملائم. ومع ذلك، لا تقتصر أيٌّ من العمليتين على النمو؛ إذ يستمر الدماغ البالغ في تكوين مشابك جديدة والتخلص من المشابك غير المرغوب فيها على مدار الحياة، ونحن نعرف الآن أنَّ لهاتين العمليتين كلتيهما أدوارًا مهمة في التعلم والذاكرة وغير ذلك من جوانب عمل الدماغ بشكل ملائم (انظر الفصل الرابع).

الخبرات الحسية والمراحل الحرجة

كان ذلك تطورًا آخرَ مهمًّا في فهمنا للنمو العصبي. أوضحت هذه التجربة أنَّ نمو القشرة البصرية يعتمد على التحفيز البصري اعتمادًا كبيرًا، كما أنها أرست الفترة الحرجة، وهي إطار زمني ضيق من النمو يكون الجهاز العصبي خلالها حساسًا للغاية لمحفِّز بيئي محدَّد، بصفتها مفهومًا أساسيًّا في علم الأعصاب، وفي علم النفس أيضًا.

إنَّ هذا العمل، الذي نال عنه هوبل وفيسل فيما بعدُ جائزة نوبل، أدَّى أيضًا إلى علاجٍ فعَّال للغمش (العين الكسولة)، وهو مرض يصيب العين في ٤٪ تقريبًا من الأطفال. يحدث الغمش بسبب نمو العين بشكلٍ غير ملائم، ويؤدي إلى ضعف البصر، وعدم محاذاة العينين، وضعف في الإدراك الحسي للعمق. يمكن علاج هذا المرض بوضع رقعة على العين السليمة؛ مما يجبر الطفل على استخدام العين الكسولة؛ ومن ثَم يحفِّز نمو ذلك الجزء من المسار البصري. يأتي هذا العلاج بأفضل النتائج إذا بدأ قبل سن ثماني سنوات.

أوضحت أبحاثٌ تالية أنَّ الأجهزة الحسية الأخرى تعتمد هي أيضًا في نموها على الخبرة. واتضح منها أيضًا أنَّ توقيت الفترة الحرجة للمرونة في القشرة البصرية محكومٌ بنضج العَصَبونات البينية المثبطة. عادةً ما تمتلك العَصَبونات البينية أليافًا قصيرة يقتصر وجودها على مناطق مفردة من الدماغ، وهي تصنع الناقل العصبي، حمض جاما أمينوبيوتيريك (جابا)، وتطلقه، وهو ناقل عصبي يُثبط نشاط العَصَبونات. تؤدي العَصَبونات البينية أدوارًا مهمة في تكامل المعلومات وتنظيم نشاط شبكات الخلايا العصبية.

يحتوي الدماغ على أنواع مختلفة من العَصَبونات البينية، لكن العديد منها لم يوصَف جيدًا بعد، ومن المحتمل أننا لا ندرك أشكالها المختلفة ووظائفها على نحوٍ كامل. لكنَّ نوعًا واحدًا على وجه التحديد، وهو خلايا السلة، يبدو أنه مسئول عن المرونة في جهاز الرؤية النامي.