جامع‌ترین آنالیز ژنومی که تاکنون از مغز انسان انجام شده، دید جدیدی درباره‌ی تغییرات ایجاد شده در فرآیند توسعه‌ی مغز، چگونگی تفاوت آن در بین افراد مختلف و ریشه‌های بیماری‌های اعصاب و روان، مانند اختلالات اوتیسم و شیزوفرنی، به‌دست داده است. آنالیز انجام شده با همکاری چندین موسسه و بر روی حدود ۲۰۰۰ انسان انجام شده و عملکردها و روند توسعه‌ی مغز را به دقت مشخص کرده است. نتایج این یافته‌ها طی ۱۱ مقاله در شماره‌ی ویژه‌ی مجله‌ی Science به چاپ رسیده است.
رهبری چهار مقاله‌ی اصلی از مقاله‌ها به عهده‌ی محققین رشته‌های مختلف از دانشگاه ییل بوده است. طی این مقاله‌ها از ترکیب مبتکرانه و بلندپروازانه‌ی علوم اعصاب و علم داده‌ها استفاده شده است. این مقاله‌ها دربردارنده‌ی ابزارهای جدیدی است که اکنون در ۱۵ موسسه برای یافتن بنیان‌های مولکولی بیماری‌های اعصاب و روان استفاده می‌شوند.
همان‌طور که در مقاله‌ای به رهبری «مارک گرستین» پروفسور فیزیک مولکولی و بیوشیمی از دانشگاه ییل، ذکر شده است، دامنه‌ی کاربرد داده‌های جمع‌آوری شده درباره‌ی فعالیت‌های ژن‌های منفرد و شبکه‌های تنظیمکنندهای که آن‌ها را در زمان توسعه کنترل می‌کنند، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا ریسک بیماری‌های شیزوفرنی و اختلال دوقطبی را تا شش برابر دقیق‌تر از آنالیزهای مرسوم به‌دست آورند.
محققین همچنین دریافتند که این تغییرات ریسکی می‌تواند بر عملکرد ژن‌ها در مراحل اولیه‌ی رشد و در طول زندگی تاثیرات شگرفی داشته باشد، ولی شانس بیشتری وجود دارد که این تغییرات، خود را بهعنوان نشانه‌هایی مبنی بر شکل‌گیری گروه‌ها و مدل‌های مشخص طی مراحل مختلف رشد، نشان دهند. یافته‌های آزمایشگاه «نیناد سستان» دانشگاه ییل نشان می‌دهد که چرا ریسک گسترش بیماری‌های اعصاب و روان مانند اوتیسم و شیزوفرنی می‌تواند در زمان‌های متفاوت مختلف باشد. سستان پروفسور علوم اعصاب، داروسازی قیاسی، ژنتیک و روان‌شناسی است و نویسنده‌ی اصلی دو مقاله از مجموعه مقالات چاپ شده است.
رشد مغز سالم و عملکردهای عصبی آن، بر تنظیمات دقیق ژن‌هایی تکیه دارد که به‌صورت ذاتی در نواحی مختلف و همچنین برای انواع مختلف سلول‌ها متفاوت هستند. آزمایشگاه سستان دریافت که تفاوت در نوع سلول‌ها بین ۱۶ ناحیه‌ی مغز انسان در طی فرآیند رشد می‌تواند فاکتور کلیدی در تایید این نظریه باشد که آیا ریسک‌های ژنتیک می‌توانند تبدیل به اختلالات اعصاب و روان شوند یا خیر؟
آن‌ها همچنین دریافتند که بیشترین تفاوت در نوع سلول‌ها و فعالیت ژن‌ها در دوره‌ی جنینی اتفاق می‌افتد، در اواخر بارداری و اوایل نوزادی کاهش می‌یابد و در شروع دوره‌ی بلوغ مجدداً رو به افزایش می‌نهد. الگوی استکان مانند این افزایش و کاهش با بوزینه‌های دُم‌کوتاه، از گونه‌های اولیه‌ای که شباهت زیادی به انسان دارند، یکسان است. علاوه بر این، در همین مطالعه در آزمایشگاه سستان، مشخصاتی از رشد مغز که بین انسان و بوزینه شبیه یکدیگر نیست نیز شناسایی شدند. بهعنوان مثال، تظاهر ژن در اواخر کودکی انسان منحصربه‌فرد است.
محققین دریافته‌اند که در طول همین زمان‌هایی که بیشترین تغییرات رخ می‌دهند، ژن‌های مستعد ریسک، شروع به شکل دادن شبکه‌ها و مدل‌های خاص در نواحی مشخص مغز می‌کنند. مدل‌های مرتبط با اوتیسم عموماً بیشتر در مراحل اولیه‌ی کودکی شکل می‌گیرند؛ در صورتی که مدل‌های مرتبط با شیزوفرنی، IQ و اختلال اعصاب در سال‌های بعد زندگی ایجاد می‌شوند. به گفته‌ی محققین، این موضوع می‌تواند توضیحی باشد برای اینکه چرا اختلالات عصبی مانند اوتیسم در سال‌های اول کودکی بُروز می‌کنند و شیزوفرنی در بزرگسالی خود را نشان می‌دهد؟ آنالیزها همچنین نحوه‌ی تظاهر مرتبط با بیماری‌ها را در انواع خاصی از سلول‌ها نشان می‌دهند که می‌تواند به تعیین دامنه و تاثیر تغییرات ژنتیکی مرتبط با بیماری‌ها کمک کند. نشانه‌های مربوط اتفاق‌هایی که در مقیاس مولکولی رخ می‌دهد و منجر به اختلالات اعصاب و روان می‌شود، ممکن است طی ماه‌ها و یا شاید سال‌ها بروز کند.
سستان می‌گوید: «معمولاً فاکتورهای ریسک برای این بیماری‌ها وجود دارند، ولی در طول زمان به‌صورت برابر گزارش نشده‌اند.» تغییرات مغز در یک سیستم زنده در آزمایشگاه «فلورا واسکارینو» پروفسور مرکز مطالعات کودکان ییل و بخش علوم اعصاب دانشگاه، رصد شده است. محققین با استفاده از سلول‌های بنیادی برداشته شده از بافت‌های افراد، نواحی از مغز که محل تجمع سلول‌های عصبی «اورگانوید» است را ساختند تا بدین وسیله رفتار سلول‌ها در مراحل اولیه‌ی رشد مغز را شبیه‌سازی کنند. زمانی که سلول‌های بنیادی عصبی شروع به تقسیم شدن و تولید انواع نورون‌ها و در نتیجه ساختن مغز می‌کنند، اورگانویدها تجمیع‌کننده‌ی صفات ارثی در اولین مرحله‌ی رشد مغز انسان هستند. این سیستم به محققین اجازه می‌دهد تا در طول زمان، شبکه‌های فعال تنظیم‌کننده‌ی ژن‌ها را در مراحل اولیه‌ی رشد که ریسک‌های ژنتیک به‌وجود می‌آیند و محیطی برای بروز اختلالاتی مانند اوتیسم ایجاد می‌کند را شناسایی و ردیابی کنند. دانشمندان دریافتند که ژن‌های بالا برنده‌ی ریسک اوتیسم و همچنین عناصر تنظیمکنندهای که فعالیت آن‌ها را کنترل می‌کنند، در این مرحله به شدت در اورگانویدها بروز می‌کنند. محققین گزارش کرده‌اند که تغییرات ریسک ژنتیکی که با اوتیسم مرتبط بوده است و عناصر تنظیم‌کننده را مختل می‌کند، در ناحیه‌ی اورگانویدها فعال بوده‌اند.
واسکارینو می‌گوید: «این مدل احتمالاً می‌تواند نشان دهد که چگونه گوناگونی ریسک ژنتیک منجر به بروز بیماری می‌شود.» مقادیر بسیار زیاد اطلاعاتی که توسط محققین پروژه‌ی «PsychENCODE» جمع‌آوری شده است، در اطلسی و در دسترس عموم قرار داده شده است. این داده‌ها به دانشمندان اجازه می‌دهد تا یادگیری‌های عمیق تحلیلی را به کار گیرند و با رویکردی مبتنی بر آموزش ماشین، با الهام از شناخت انسان برای یافتن شواهدی برای مبارزه با اختلالات اعصاب و روان، در افراد جامعه تلاش کنند. بهعنوان مثال، اکنون دانشمندان می‌توانند اطلاعات مربوط به توالی سلول‌های منفرد را با اندازه‌گیری‌های ژنومی مرسوم از نمونه‌های بافت توده‌ای یکپارچه کرده و تفاوت‌های بین جمعیت زیادی از انسان‌ها را در مراحل مختلف رشد، پیدا کنند. این رویکرد به آزمایشگاه گریشتین اجازه می‌دهد تا نشان دهد که اکثر تفاوت‌ها در تظاهر ژن بین افراد به خاطر مشخصات متغیر سلول‌های پایه‌ای مانند نورون‌های محرک، بوده است.
منبع: مجله علمی ایلیاد
