تحديد مركز الدماغ المسؤول عن الاستجابات للتغير السريع في درجات الحرارة

نجح الباحثون في تحديد مركز الدماغ المسؤول عن الاستجابات للتغير السريع في درجات الحرارة، والذي يلهم الإنسان ردة الفعل السريعة لدى تعرضه لجسم أو شيء ساخن.

ففي بحث جديد أجرته جامعة نورث وسترن، تم تحديد المسار الدماغي المسؤول عن الكشف السريع عن التهديدات، وفق ما نُشر في موقع ميديكال إكسبريس.

وقال المؤلف الرئيسي ماركو جاليو، الأستاذ المشارك في علم الأحياء العصبية في كلية واينبرج للفنون والعلوم في نورث وسترن: «من المرجح أن تتفاعل الحيوانات مع التغير البيئي السريع وليس البطيء، وفي الدراسة الحالية، حددنا دائرة دماغية في ذبابة الفاكهة تستجيب بشكل انتقائي للتغير الحراري السريع، مما يهيئ السلوك للهروب».

نشرت الدراسة في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز.

يستخدم جاليو بشكل عام ذباب الفاكهة لفهم الدوائر الحسية والطرق التي تخلق بها تصورات للعالم المادي.

باستخدام الذبابة كنموذج، يدرس المختبر المبادئ الأساسية لاتخاذ القرار في حيوان لديه جزء صغير من عدد الخلايا العصبية (100000) مقارنة بالبشر (حوالي 100 مليار).

باعتباره كائنا حيا نموذجيا مدروسا جيدا للبحث البيولوجي، يعد الذباب أيضًا موضوعات مفيدة بسبب الأدوات الموجودة مسبقا لدراسة الخلايا العصبية والسلوك في الذبابة.

الاستجابات للمحفزات الخارجية في الدماغ

وقال جاليو: «غالبا ما يكون هناك نوعان من الاستجابات للمحفزات الخارجية في الدماغ: تستجيب بعض الخلايا العصبية لمحفز مثل الضوء أو درجة الحرارة بنشاط مستمر للغاية، وتنشط الخلايا العصبية الأخرى في البداية فقط، مثلما يحدث عندما يضيء الضوء، ثم يتوقف نشاطها»، مضيفا: «لقد تساءلنا دائمًا عن أهمية هذه الاستجابات قصيرة العمر».

في المحفزات البصرية، يتم تجهيز الأدمغة لملاحظة التباين الكبير بين الضوء والظلام.

قال جاليو إن الاستجابة البديهية منطقية أيضًا بالنسبة لحاسة اللمس، فأنت لا تفكر في الضغط عندما تكون يدك مستندة على سطح ما، ومع ذلك، قم بتمرير يدك على شيء جديد، وسوف تكتشف تغييرات طفيفة في الملمس.

أراد فريق جاليو معرفة ما إذا كان الأمر نفسه ينطبق على الإحساس بدرجة الحرارة.

ولاستكشاف كيفية استجابة الذباب للتغير السريع، استخدم الفريق كاميرا عالية الدقة لمراقبة الذباب وهو يتنقل في بيئات ذات درجات حرارة مختلفة.

عندما يواجه الذباب جبهة حرارية سريعة، فإنه دائمًا ما يبتعد عنها.

ووجد المختبر أن الذباب يستجيب دائمًا لحالات التغير السريع في درجة الحرارة، ولكن ليس للتغير البطيء.

حدد الفريق أيضًا دائرة في دماغ الذبابة تستجيب فقط للتغير السريع في درجة الحرارة (أكثر من 0.2 درجة مئوية في الثانية).

وكما هو الحال مع الخلايا الضوئية في النظام البصري، اشتعلت هذه الخلايا العصبية في بداية التسخين السريع ثم توقفت.

وقالت جينا جوانديت، المؤلفة الأولى للدراسة والحاصلة على درجة الدكتوراة: «كانت فرضيتنا هي أن استجابات الحرارة هذه قد ترتبط بالفعل بمعدل تغير درجة الحرارة، وبالتالي، قد يسمح للذباب بتوقع الظروف الحرارية الخطيرة والاستعداد للهروب».

في الواقع، عندما قام الباحثون بتعطيل هذه الخلايا العصبية تجريبيا، لم يهرب الذباب بهذه السرعة.

ومن أجل فهم أفضل لكيفية أهمية نشاط هذه الخلايا العصبية لسلوك الذبابة، تعاون الباحثون مع ويليام كاث، أستاذ الرياضيات التطبيقية في جامعة نورث وسترن ونائب مدير المعهد الوطني الجديد للنظرية والرياضيات في علم الأحياء.

قام الطالب ريتشارد سوهندرا ببناء نموذج كمبيوتر صغير بهوائيين وعجلتين لتوضيح كيف يمكن لإضافة خلية عصبية تتوقع الحرارة الخطيرة أن تحسن مرونة استجابة السيارة.

وقال جاليو: «إن الخلايا العصبية التي اكتشفناها في البداية تأخذ مدخلات من الخلايا العصبية الحسية الحرارية الموجودة على قرون الاستشعار وتحمل المعلومات إلى الجزء العلوي من الدماغ، ويعد الذباب نموذجا رائعا لرسم خريطة لدوائر الدماغ حيث تمكنا من إعادة بناء الدائرة الكاملة بدءًا من الخلايا العصبية الحسية وصولًا إلى المراكز التي تنتج الحركة».

وأوضح جاليو أن التغيرات السريعة تشكل دائمًا خطورة على الذبابة الصغيرة.

وقال جاليو: «إذا تغيرت درجة الحرارة بمقدار نصف درجة في الثانية - وهو ليس كثيرًا - خلال 30 أو 40 ثانية، فمن الممكن أن تموت تلك الذبابة، هذا النظام عبارة عن جرس إنذار يرن لتحفيز سلوك الحيوان للهروب، ونحن نرى الذبابة وهي تهرب».

يفترض جاليو أن النتائج قابلة للتعميم على نطاق واسع، خاصة لأنه يرى أنها تؤثر على البشر، سواء كان شخص ما يدخل غرفة ذات درجة حرارة مختلفة أو يدخل في حمام ساخن.

وقال إن هذه الخلايا العصبية تبدو قادرة على الشعور بشيء لا يشعر به الآخرون، ويبدو أنها قادرة على توقع المستقبل.