يکي از مهم ترين روش هاي پژوهشي که براي بررسي کارکردهاي مغز بکار مي رود، شامل تخريب بخشي از مغز و بررسي رفتار متعاقب جانور است. اين روش، قطع تجربي ناميده مي شود. در اکثر موارد، قطع تجربي شامل برداشتن بافت مغزي نيست، بلکه پژوهشگر، يک بافت را در محل آن تخريب مي کند. قطع تجربي، قديمي ترين روش بکار گرفته شده در علم عصب شناسي است و امروزه نيز مهم ترين روش به حساب مي آيد.
بررسي اثرات رفتاري آسيب مغزي
ضايعه، زخم يا جراحت است و پژوهشگري که به تخريب بخشي از مغز مي پردازد، معمولاً با عبارت ضايعه مغزي از آسيب وارد شده به مغز ياد مي کند. آزمايش هايي که در آن ها بخشي از مغز آسيب مي بيند و به دنبال آن، رفتار حيوان مورد مشاهده قرار مي گيرد، مطالعه ضايعات ناميده مي شوند. منطق مطالعه ضايعه اين است که کارکرد يک ناحيه مغز مي تواند از رفتارهايي استنتاج شود که حيوان ديگر قادر نيست پس از آسيب ديدن آن ناحيه، ديگر قادر به انجام آن ها نيست. مثلاً اگر پس از تخريب بخشي از مغز، حيوان ديگر نتواند کارهايي را که مستلزم بينايي است، انجام دهد، مي توانيم نتيجه بگيريم که حيوان کور شده است و ناحيه آسيب ديده در بينايي نقش دارد. بايد در تفسير اثرات ضايعه مغزي، بسيار محتاط باشيم. مثلاً چگونه مي توانيم اطمينان حاصل کنيم که حيوان دچار ضايعه، کور است؟ آيا با اشيا برخورد مي کند، يا اينکه از حرکت در يک ماز به سمت نوري که مکان غذا را نشان مي دهد، خودداري مي کند، يا اينکه ديگر مردمک چشم هايش در مقابل نور تنگ نمي شود؟ حيوان، ممکن است به علت نقص در هماهنگي حرکتي به اشياء برخورد کند، يا اشتهايش را به غذا (و در نتيجه انگيزه اش را در طي کرد ماز) از دست داده باشد، يا اينکه خيلي خوب ببيند، اما بازتاب هاي بينايي اش را از دست داده باشد. پژوهشگران اغلب دچار اشتباه مي شوند. سال ها پيش تصور کردند که موش آلبينو، کور است (اين موش، کور نيست). تصورش را بکنيد، چگونه مي توانيد آزمايش کنيد که يک موش مي تواند ببيند يا نه؟ بخاطر داشته باشيد که موش ها حس گرها (سبيل هايي) دارند که مي تواند براي شناسايي يک ديوار، پيش از برخورد کردن با آن يا شناسايي لبه ميز، پيش از فرو افتادن از آن بکار رود. آن ها همچنين مي توانند راه خود را در يک اتاق از طريق دنبال کردن ردّ بويايي پيدا کنند. پس چه چيزي مي توانيم از مطالعات ضايعه بياموزيم؟ هدف ما کشف کارکردهايي است که بوسيله نواحي مختلف مغز انجام مي گيرد و سپس فهم چگونگي ترکيب اين کارکردها در جهت انجام رفتارهاي خاص است. تفاوت بين کارکرد مغزي و رفتار، حايز اهميت است. مدارهاي درون مغز، کارکردها را انجام مي دهند، نه رفتارها را. هيچ ناحيه اي از مغز يا هيچ يک از مدارهاي عصبي، به تنهايي مسئول يک رفتار نيست. هر ناحيه کارکرد (يا مجموعه اي از کارکردها) را به انجام مي رساند که در اجراي رفتار شرکت دارند. مثلاً عمل خواندن شامل کارکردهاي لازم براي کنترل حرکات چشم، تمرکز عدسي هاي چشم، ادراک و تشخيص کلمات و حروف، درک معني واژه ها و غيره مي باشد. بعضي از اين کارکردها در رفتارهاي ديگري نيز شرکت مي کنند، مثلاً کنترل حرکات چشم و تمرکز، براي هر نوع کاري که مستلزم نگاه کردن است، ضروري مي باشد و آن دسته از سازوکارهاي مغز که براي درک معاني کلمات بکار مي روند، در درک کلام نيز شرکت دارند. وظيفه پژوهشگر، فهم کارکردهاي ضروري براي انجام يک رفتار خاص و تعيين اين مسئله است که چه مدارهايي از نورون ها در مغز، مسئول هر کدام از اين کارکردها است.
ايجاد ضايعات مغزي
ما چگونه ضايعات مغزي را ايجاد مي کنيم؟ تخريب بخش هايي از مغز که درست زير جمجمه قرار گرفته اند، آسان است. حيوان را بيهوش مي کنيم، پوست سر را بريده و باز مي کنيم، بخشي از جمجمه را بر مي داريم، سخت شامه را بريده و قشر مخ را در معرض ديد قرار مي دهيم. سپس مي توانيم از يک وسيله مکشي براي بيرون کشيدن بافت مغز استفاده کنيم. براي تکميل برداشت اين بافت، يک پيپت شيشه اي را روي سطح مغز قرار داده و بوسيله تلمبه مکنده متصل به پيپت، بافت مغز را بر مي داريم. ما بيشتر مي خواهيم آن نواحي مغز را که در عمق مغز قرار گرفته اند، تخريب کنيم. ضايعات نواحي زير قشري مغز (آن نواحي که در زير کرتکس قرار گرفته اند) معمولاً با عبور دادن جريان الکتريکي بوسيله سيمي از فولاد ضدزنگ انجام مي شود که در همه نقاط به جز قسمت نوک بوسيله لايه اي عايق پوشيده شده است. اين سيم را بصورت استريو تاکسيک طوري هدايت مي کنيم که انتهاي آن در محل مناسب قرار گيرد (جراحي استريوتاکسيک در بخش بعدي توصيف شده است). سپس دستگاه ضايعه ساز را که جريان فرکانس راديويي (RF)- جريان متناوبي با فرکانس بسيار بالا- توليد مي کند، روشن مي کنيم. عبور جريان از بافت مغز گرمايي ايجاد مي کند که سلول هاي واقع در ناحيه اطراف نوک الکترود را از بين مي برد. ضايعات ايجاد شده بدين وسيله، همه چيز را در اطراف نوک الکترود، از جمله اجسام سلولي عصبي و آکسون هاي نورون هايي که از آن ناحيه عبور مي کنند، از بين مي برد. يک روش گزينشي تر براي ايجاد ضايعات مغزي، استفاده از يک اسيد آمينه تحريکي، از قبيل اسيد کاينيک است که با تحريک نورون ها تا حد مرگشان، آن ها را از بين مي برد. ضايعات ايجاد شده به اين شيوه، ضايعات تحريکي-تخريبي ناميده مي شوند. وقتي يک اسيد آمينه تحريکي از طريق لوله به ناحيه اي از مغز تزريق شود، اين ماده شيميايي اجسام سلولي عصبي آن ناحيه را تخريب مي کند، اما آکسون هاي متعلق به نورون هاي مختلفي را که از آنجا عبور مي کنند، به حال خود رها مي کند. اين امکان انتخاب به پژوهشگر اجازه مي دهد تعيين کند که آيا اثرات رفتاري تخريب ساختار خاصي از مغز در اثر از بين رفتن نورون هاي قرار گرفته در آن ناحيه ايجاد شده است يا در اثر تخريب آکسون هايي که از آنجا عبور مي کنند. توجه داشته باشيد که هنگام ايجاد ضايعات زير قشري بوسيله عبور جريان RF از طريق يک الکترود يا تزريق يک ماده شيميايي از طريق لوله، همواره آسيبي اضافي به مغز وارد مي کنيم. وقتي الکترود يا لوله را وارد مغز مي کنيم تا به ناحيه مورد نظر خود برسيم، به ناچار، حتي پيش از روشن کردن دستگاه ضايعه ساز يا شروع تزريق، آسيب اندکي ايجاد مي کنيم. بنابراين نمي توانيم صرفاً به مقايسه رفتار حيوانات دچار ضايعه مغزي با رفتار حيوانات جراحي نشده گروه کنترل اکتفا کنيم. آسيب جزئي به نواحي مغزي بالاي ناحيه دچار ضايعه ممکن است علت برخي از نقيصه هاي رفتاري اي باشد که مشاهده مي کنيم. آنچه روي گروه آزمايشي انجام مي دهيم، روي گروه کنترل نيز پياده مي کنيم و روي آن ها ضايعات کاذب ايجاد مي کنيم. براي اين کار حيوان را بيهوش مي کنيم، در دستگاه استريوتاکسيک (که در زير توصيف شده است) قرار مي دهيم، پوست سر را باز مي کنيم، در جمجمه سوراخ هايي ايجاد مي کنيم، الکترود يا لوله را وارد مغز مي کنيم و آنرا تا عمق مورد نظر فرو مي بريم. به ديگر سخن، همه کارهايي را که براي ضايعه انجام مي دهيم، به جز روشن کردن ضايعه ساز يا شروع تزريق در اينجا نيز اجرا مي کنيم. اين گروه حيوانات نقش گروه کنترل را دارد. اگر رفتار حيوانات دچار ضايعات مغزي با رفتار حيوانات کنترل داراي ضايعه کاذب تفاوت داشته باشد، مي توانيم نتيجه گيري کنيم که ضايعه، علت نقيصه هاي رفتاري است (همان گونه که مي بينيد، يک ضايعه کاذب همان نقش دارونما را در يک مطالعه داروشناسي بازي مي کند). اکثر اوقات، پژوهشگران ضايعات مغزي دائمي ايجاد مي کنند، اما گاهي مفيد است که فعاليت ناحيه ويژه اي از مغز را بطور موقت، متوقف کنيم. آسان ترين راه براي انجام اين کار، تزريق بي حس کننده موضعي يا ماده اي بنام موسيمول به قسمت موردنظر مغز است. داروي بي حس کننده ، از ورود پتانسيل هاي عمل آکسون ها به ناحيه موردنظر و خروج آن ها از اين ناحيه جلوگيري مي کند، در نتيجه به طور مؤثر، يک ضايعه موقتي ايجاد مي کند (که معمولاً ضايعه قابل بازگشت مغزي ناميده مي شود). موسيمول دارويي است که گيرنده هاي گابا را تحريک مي کند و يک ناحيه از مغز را با بازداري نورون هاي قرار گرفته در آن ناحيه، غيرفعال مي کند (بخاطر داشته باشيد که گابا مهم ترين انتقال دهنده عصبي بازدارنده در مغز است).
جراحي استريوتاکسيک
حال، ما چگونه نوک الکترود يا لوله را به يک موقعيت دقيق در اعماق مغز حيوان مي رسانيم؟ پاسخ، جراحي استريوتاکسيک است. استريوتاکسيک در لغت به معني «محکم قرار گرفتن» است. بصورت تخصصي تر، اين لغت به توانايي مکان يابي اشيا در فضا اشاره دارد. يک دستگاه استريوتاکسيک داراي يک نگهدارنده است که سر حيوان را در يک موقعيت استاندارد ثابت مي کند و نيز يک بازوي متحرک دارد که الکترود يا لوله را به اندازه مسافت هاي معين در هر سه بعد فضايي حرکت مي دهد. با اين حال، براي انجام جراحي استريوتاکسيک بايد اطلس استريوتاکسيک را مطالعه نمود.
اطلس استريوتاکسيک
مغز هيچ دو حيوان متعلق به يک گونه خاص، کاملاً يکسان نيستند، اما بين افراد آنقدر شباهت هست که بتوان موقعيت ساختارهاي ويژه مغز را نسبت به اجزاي خارجي سر تعيين کرد. بعنوان نمونه هسته زير قشري يک موش ممکن است از نقطه اي که بوسيله اتصال چند استخوان جمجمه شکل گرفته است، در جهت بطني، قدّامي و جانبي، چند ميلي متر فاصله داشته باشد. جمجمه از چندين استخوان تشکيل شده است که بهم متصل شده و اتصال ها (درزها) را شکل مي دهند. سر نوزادان تازه متولد شده داراي يک محل نرم در محل اتصال استخوان هاي تاجي و سهمي بنام ملاج مي باشد. پس از آنکه اين شکاف بسته شد، محل اتصال اين استخوان ها، برگما ناميده مي شود که از واژه اي يوناني به معني «جلوي سر» گرفته شده است. مي توانيم برگما را روي جمجمه موش نيز پيدا کنيم و اين نقطه، نقش يک نقطه مرجع مناسب را دارد. يک اطلس استريوتاکسيک شامل عکس ها يا طراحي هايي است که با برش هاي پيشاني متعلق به فواصل مختلفي از جلو و عقب برگما مطابقت دارند. هر صفحه اطلس استريوتاکسيک، طبق فاصله آن از برگما برچسب گذاري شده است. شبکه ترسيم شده در هر صفحه فواصل ساختارهاي مغزي را در جهت بطني از بالاي جمجمه، و در جهت جانبي نسبت به خط مياني نشان مي دهد. براي قراردادن نوک سيم در فورنيکس بايد در بالاي ساختار موردنظر سوراخي ايجاد کرده و الکترود را از درون سوراخ پايين بياوريم تا اينکه نوک آن نسبت به ارتفاع جمجمه در برگما، در عمق مناسب قرار گيرد. سپس، با يافتن ساختار عصبي موردنظر در يکي از صفحات اطلس استريوتاکسيک (که در حيوان قابل مشاهده نيست)، مي توانيم موقعيت ساختار را نسبت به برگما (که مي توانيم ببنيم) تعيين کنيم. توجه داشته باشيد که به دليل تفاوت هايي در نژادها و سنين حيوانات، اطلس فقط يک موقعيت تقريبي را ارائه مي کند. ما هميشه بايد مجموعه جديدي از مختصات را بکار گيريم، مغز حيوان را شکافته و رنگ آميزي کنيم، موقعيت دقيق ضايعه را مشاهده کنيم، اعداد را تصحيح کنيم و دوباره امتحان کنيم (برش و رنگ آميزي مغز نيز بعداً توصيف خواهند شد).
لطفا منتظر باشید ...
