جهاز استشعار ذكي يرصد طريقة تحكم الدماغ بالمشاعر في الوقت الحقيقي

أفاد تقرير بأن فريقا بحثيا من كلية الطب في جامعة كاليفورنيا ديفيس الأمريكية، بقيادة الباحثة لين تيان، ابتكر جهازا استشعاريا ذكيا، باستخدام الذكاء الاصطناعي، لرصد الناقل العصبي في الدماغ ”السِّيرُوتُونِين“ في الوقت الحقيقي، والذي يلعب دورا حاسما بطريقة تحكم الدماغ في الأفكار والمشاعر.

وجاء في التقرير الذي نشره موقع Technology Org العلمي، الأحد: ”يمكن للطرق الحالية اكتشاف التغييرات العامة في إشارات السيروتونين، بينما في الدراسة الجديدة استخدم الفريق البحثي في تطوير جهازهم الاستشعاري، تقنيات الهندسة الوراثية المتطورة، لبروتين بكتيري يسمى فينوس، شبيه بنبتة صائدة الذباب وهي إحدى النباتات الآكلة للحوم“.

وحوّل الباحثون البروتين إلى أداة بحث جديدة تساعد في مراقبة انتقال السيروتونين بدقة أكبر من الطرق الحالية، في جهاز استشعاري شديد الحساسية، يتوهج عبره ضوء الفلورسنت عندما يلتقط السيروتونين.

وأظهرت التجارب على الفئران، أن المستشعر يمكنه اكتشاف التغيرات الطفيفة في الوقت الحقيقي لمستويات السيروتونين في الدماغ أثناء النوم والخوف والتفاعلات الاجتماعية، وكذلك في اختبار فعالية الأدوية ذات التأثير على عمل العقل.

وكانت أبحاث سابقة أجريت في معهد هوارد هيوز الطبي الأمريكي، استخدمت تقنيات الهندسة الوراثية التقليدية لتحويل البروتين البكتيري إلى جهاز استشعار للناقل العصبي المعروف باسم أستيل كولين، حيث إن البروتين المسمى OpuBC، عادة ما يعيق مادة الكولين المغذية، والتي لها شكل مماثل لمادة أستيل كولين.

وفي الدراسة الجديدة، عمل الباحثون بجامعة كاليفورنيا ديفيس، مع معهد هوارد هيوز الطبي؛ لإعادة تصميم بروتين OpuBC بالكامل باعتباره صائد السيروتونين.

واستخدم الباحثون خوارزميات التعلم الآلي لمساعدة الكمبيوتر على اقتراح في 250000 تصميم جديد، حيث بعد ثلاث جولات من الاختبارات، استقر الباحثون على تصميم واحد لجهاز استشعار مبتكر.

واقترحت التجارب الأولية أن المستشعر الجديد اكتشف السيروتونين بشكل موثوق على مستويات مختلفة في الدماغ مع وجود رد فعل ضئيل للناقلات العصبية الأخرى والعقاقير الطبية.

وأظهرت التجارب في شرائح أدمغة الفئران أن المستشعر استجاب إلى إشارات السيروتونين المرسلة بين الخلايا العصبية في نقاط اتصالات متشابكة.

كما واقترحت التجارب على الخلايا في أطباق المختبر، أن المستشعر يمكنه مراقبة التغييرات بشكل فعال في هذه الإشارات التي تسببها المخدرات، بما في ذلك الكوكايين، ومنشط إكستاسي والذي يعرف باسم ”حبوب النشوة أو السعادة“، والعديد من مضادات الاكتئاب شائعة الاستخدام.

كما وأظهرت التجارب على الفئران أن المستشعر يمكنه دراسة ناقل السيروتونين العصبي تحت ظروف طبيعية أكثر. وعلى سبيل المثال، لاحظ الباحثون ارتفاعا متوقعا في مستويات السيروتونين عندما كانت الفئران مستيقظة، بينما انخفضت عندما كانت الفئران نائمة.

ورصد الباحثون أيضا انخفاضا أكبر لمستويات السيروتونين عندما دخلت الفئران في مرحلة النوم العميق. في حين تفتقد طرق مراقبة السيروتونين التقليدية لمثل هذه التغييرات.

كما رصد الباحثون ارتفاعا في مستويات السيروتونين بشكل مختلف، في دائرتين منفصلتين للخوف في الدماغ عندما تم تحذير الفئران من صدمة في القدم عبر رنين الجرس.

ويرى الباحثون أن المستشعر قد يساعد في دراسة أفضل للنوم والصحة العقلية، لتطوير مضادات اكتئاب جديدة تعمل على تعديل إشارات السِّيرُوتُونِين المرسلة بين الخلايا العصبية أكثر فعالية من طرق العلاج الحالية، لتحسين النوم والحالة المزاجية.

وتم تمويل هذه الدراسة جزئيا، من مبادرة براين‏ BRAIN، وهي مبادرة بحثية تعاونية، أعلنت عنها إدارة أوباما في 2 أبريل، 2013، وذلك بهدف رسم خرائط لنشاط الخلايا العصبية في الدماغ البشري، حيث تهدف إلى إحداث ثورة في فهمنا للدماغ في ظل ظروف صحية ومرضية.

ويخطط الباحثون لجعل المستشعر متاحا بسهولة للباحثين الآخرين، وذلك تماشيا مع أهداف مبادرة براين، حيث يأملون أن يساعد ذلك على اكتساب فهم أفضل للدور الحاسم الذي يلعبه السيروتونين في حياتنا اليومية وفي العديد من الحالات النفسية.