درمان نوری غیرتهاجمی با از بین بردن شبکه‌های عصبی، «دوره بحرانی» انعطاف‌پذیری مغز را بازگشایی می‌کند

در اوایل کودکی، مغز انسان مانند یک اسفنج است. با سرعتی بی‌دردسر که بزرگسالان فقط می‌توانند حسرت آن را بخورند، زبان‌ها، مهارت‌های حرکتی و نشانه‌های اجتماعی را جذب می‌کند. عصب‌شناسان این پنجره‌های یادگیری فوق‌العاده را «دوره‌های بحرانی» می‌نامند. اما با بلوغ ما، این پنجره‌ها بسته می‌شوند و مدارهای عصبی ما را در جای خود قفل می‌کنند تا ثبات را بر انعطاف‌پذیری اولویت دهند. برای دهه‌ها، محققان به دنبال راهی بوده‌اند تا با خیال راحت این پنجره‌ها را دوباره باز کنند تا به بزرگسالان کمک کنند از آسیب‌های مغزی بهبود یابند یا بر آسیب‌های عمیقاً ریشه‌دار غلبه کنند.

قفل اصلی بیولوژیکی دوره بحرانی، ساختاری است که به عنوان شبکه پیرانورونی (PNN) شناخته می‌شود. اینها مش‌های متراکم، شبیه غضروف، از پروتئین‌ها و قندها هستند که محکم دور نورون‌های بالغ پیچیده شده‌اند و از نظر فیزیکی از تشکیل اتصالات سیناپسی جدید جلوگیری می‌کنند. تا به حال، تنها راه مطمئن برای از بین بردن این شبکه‌ها و بازیابی انعطاف‌پذیری، بسیار تهاجمی بود: تزریق یک آنزیم تخصصی به نام کندرویتیناز ABC مستقیماً به بافت مغز.

این الگو به تازگی دگرگون شده است. بر اساس داده‌های اولیه‌ای که این هفته در «نیچر نوروساینس» (Nature Neuroscience) منتشر شد، محققان با موفقیت شبکه‌های پیرانورونی را با استفاده از درمان نوری کاملاً غیرتهاجمی از بین برده‌اند. دانشمندان با قرار دادن مغز در معرض فرکانس‌های خاصی از نور سوسوزن و فوتوبیومدولاسیون نزدیک به مادون قرمز، سلول‌های ایمنی خود مغز را تحریک کردند تا به طور موقت شبکه‌های سخت را پاک کنند و انعطاف‌پذیری شبیه به دوران نوجوانی را در افراد بالغ بازگردانند.[1]

بسته شواهد جمع‌آوری شده از این مطالعه برجسته، یک مکانیسم سلولی جذاب را نشان می‌دهد. محققان از ترکیبی از نور سوسوزن ۴۰ هرتز – که قبلاً برای توانایی آن در پاکسازی پلاک‌های آمیلوئید در مدل‌های آلزایمر مورد مطالعه قرار گرفته بود – و نور نزدیک به مادون قرمز با نفوذ عمیق استفاده کردند. این امضای نوری خاص به عنوان زنگ خطر برای میکروگلیا، سلول‌های ایمنی مقیم سیستم عصبی مرکزی، عمل می‌کند.[1]

هنگامی که میکروگلیا توسط درمان نوری فعال می‌شود، به حالت فاگوسیتیک یا «سلول‌خوار» تغییر می‌کند. با این حال، به جای هدف قرار دادن بقایای سلولی یا عوامل بیماری‌زا، میکروگلیای تحریک شده توسط نور به طور انتخابی اجزای ساختاری شبکه‌های پیرانورونی را هدف قرار داده و تجزیه می‌کند. در عرض هفت روز قرار گرفتن روزانه در معرض نور، تراکم PNN در مناطق قشری هدف قرار گرفته تقریباً ۶۰ درصد کاهش یافت.[1][3]

نتایج عملکردی این پاکسازی ساختاری عمیق است. در مدل‌های موش بالغ مبتلا به آمبلیوپی (تنبلی چشم) – وضعیتی که درمان آن پس از پایان دوره بحرانی کودکی برای رشد بینایی بسیار دشوار است – درمان نوری به مغز اجازه داد تا قشر بینایی خود را به طور کامل بازآرایی کند. موش‌های بالغ بینایی دوچشمی طبیعی را در عرض چند روز بازیابی کردند که با نرخ‌های بهبودی که معمولاً فقط در حیوانات جوان دیده می‌شود، مطابقت داشت.[1]

فراتر از بهبود حسی، پیامدهای بالینی برای توانبخشی حرکتی بسیار گسترده است. یک تحلیل موازی که در «ژورنال تحقیقات بالینی» (Journal of Clinical Investigation) منتشر شده است، نشان می‌دهد که چگونه این رویکرد غیرتهاجمی می‌تواند انقلابی در بهبود سکته مغزی ایجاد کند. هنگامی که یک سکته مغزی بخشی از مغز را از بین می‌برد، بافت سالم اطراف اغلب برای به دست گرفتن عملکردهای از دست رفته با مشکل مواجه می‌شود زیرا توسط PNNها در جای خود قفل شده است.[2]

با اعمال درمان نوری هدفمند بر روی بافت اطراف ضایعه شبیه‌سازی شده سکته مغزی، محققان افزایش عظیمی در جوانه زدن دندریتیک – رشد شاخه‌های عصبی جدید – مشاهده کردند. مغزهای بالغ اساساً یک مسیر انحرافی در اطراف ناحیه آسیب دیده ساختند و کنترل حرکتی ظریف اندام‌های فلج شده را با سرعتی سه برابر سریع‌تر از گروه‌های کنترلی که فقط فیزیوتراپی استاندارد دریافت می‌کردند، بازیابی کردند.[1][2]

کاربردهای روانپزشکی نیز به همان اندازه جذاب هستند. اختلال استرس پس از سانحه (PTSD) با خاطرات ترس مشخص می‌شود که عمیقاً در آمیگدال مغز حک شده‌اند و توسط شبکه‌های پیرانورونی که مقاومت در برابر خاموش شدن تروما را ایجاد می‌کنند، به شدت تقویت می‌شوند. با حل کردن موقت این شبکه‌ها، درمانگران می‌توانند به طور نظری بیماران را در طول درمان مواجهه راهنمایی کنند در حالی که مغز در حالت بسیار انعطاف‌پذیر قرار دارد و اجازه می‌دهد تا ارتباط آسیب‌زا به طور دائم بازنویسی شود.[4]

با وجود این وعده عظیم، بسته شواهد همچنین زمینه‌های حیاتی عدم قطعیت و خطر را برجسته می‌کند. مدل‌های محاسباتی سینتیک تخریب PNN نشان می‌دهند که انعطاف‌پذیری کنترل نشده به طور جهانی مفید نیست. مغز بالغ از این شبکه‌ها به دلیلی استفاده می‌کند: برای محافظت از حیاتی‌ترین و سخت به دست آمده‌ترین خاطرات و مهارت‌های ما در برابر بازنویسی تصادفی توسط اطلاعات جدید و بی‌اهمیت.[3]

اگر درمان نوری به طور گسترده یا برای مدت طولانی اعمال شود، خطر نظری بی‌ثبات کردن مدارهای عصبی موجود وجود دارد. تحلیل «مؤسسه مک‌گاورن ام‌آی‌تی» (MIT McGovern Institute) در مورد این پیشرفت اشاره می‌کند: «شما نمی‌خواهید دوره بحرانی را آنقدر گسترده باز کنید که هنگام تلاش برای یادگیری یک زبان جدید، فراموش کنید چگونه دوچرخه سواری کنید.» دقت در دوزدهی نور – هم در مدت زمان و هم در هدف‌گیری آناتومیک – بسیار حیاتی خواهد بود.[3]

خوشبختانه، اثرات کاملاً برگشت‌پذیر هستند. داده‌ها نشان می‌دهند که به محض قطع درمان نوری، میکروگلیا به حالت استراحت خود باز می‌گردد و شبکه‌های پیرانورونی به طور طبیعی در طی یک دوره سه تا چهار هفته‌ای خود را بازسازی می‌کنند. این یک «پنجره انعطاف‌پذیری» موقت و بسیار قابل کنترل ایجاد می‌کند که طی آن می‌توان قبل از قفل شدن ایمن اتصالات جدید در جای خود توسط مغز، درمان فیزیکی یا شناختی فشرده را انجام داد.[1][3]

از آنجایی که این درمان به جای داروهای تجربی یا ژن‌درمانی‌های ویروسی، بر آرایه‌های نوری غیرتهاجمی متکی است، انتظار می‌رود مسیر رسیدن به آزمایش‌های بالینی انسانی به طرز چشمگیری سریع باشد. مشخصات ایمنی نور ۴۰ هرتز و فوتوبیومدولاسیون نزدیک به مادون قرمز قبلاً در افراد انسانی به خوبی مستند شده است و موانع نظارتی عمده را برطرف می‌کند.[2][4]

آزمایش‌های ایمنی فاز اول با هدف بازماندگان سکته مغزی و بیماران مبتلا به آسیب‌های مغزی تروماتیک قرار است اواخر سال آینده آغاز شود. اگر مغز انسان به سیگنال‌های نوری با همان کارایی میکروگلیایی مدل‌های پیش‌بالینی پاسخ دهد، علم اعصاب در آستانه یک تغییر الگو قرار دارد. ما از دوره‌ای که مدیریت آسیب دائمی مغزی بود، به دوره‌ای حرکت می‌کنیم که فعالانه مغز را برای بازسازی خود هدایت می‌کنیم.[2][4]