ناحیه کوچک لوکوس سرولئوس واقع در ساقه مغز، دارای نقش کلیدی در عملکردهای مختلف مغز است. این ناحیه اقدام به تولید نوراپینفرین می‌کند که مسئول تنظیم توجه، یادگیری و همچنین واکنش‌های بدن به استرس و هیجانات است. پژوهش‌های جدیدی که در مؤسسه آلن انجام شده، بینشی نوین در مورد چگونگی عملکرد این شبکه عصبی ارائه داده و پرده از برخی پیچیدگی‌های ناشناخته برداشته است.
کشف شبکه‌ای هدفمند از پیام‌رسان‌ها در مغز
ناحیه لوکوس سرولئوس (LC) در ساقه مغز، تولیدکننده پیام‌رسان شیمیایی نوراپینفرین (NE) است که به تنظیم توجه و یادگیری کمک می‌کند. برخلاف دیدگاه‌های پیشین مبنی بر اینکه LC سیگنال واحدی را در سراسر مغز منتشر می‌کند، پژوهش‌های تازه مؤسسه آلن در مجله Nature نشان می‌دهد که LC پیام‌ها را از طریق مسیرهای جداگانه و هدفمند ارسال می‌کند. نورون‌های موجود در بخش پشتی LC به قشر مغز و نواحی جلویی متصل‌اند، در حالی که نورون‌های بخش شکمی سیگنال‌ها را به ساقه مغز و نخاع منتقل می‌کنند. این تمایز به LC این امکان را می‌دهد که تاثیرات خاصی بر روی عملکردهای مختلف مغز داشته باشد. کارل سوبودا، مدیر دینامیک عصبی در مؤسسه آلن، اظهار داشت: «یافته‌های ما نشان می‌دهند که سیستم نوراپینفرین مغز به‌طرز قابل‌توجهی شباهت به یک شبکه پستی هدفمند دارد تا یک بوق مه‌شکن.»
اهمیت این کشف در درمان اختلالات مغزی
فهم بهتر این شبکه‌ی پیام‌رسان می‌تواند انقلابی در درمان اختلالات عصبی و مسائل مربوط به سلامت روان ایجاد کند. نوراپینفرین نقشی حیاتی در تنظیم توجه و خلق‌وخو ایفا می‌کند و به عنوان هدف اصلی داروهای مورد استفاده برای درمان افسردگی، اضطراب و اختلال نقص توجه و بیش‌فعالی (ADHD) شناخته می‌شود. نورون‌های LC نیز در بیماری آلزایمر دچار آسیب می‌شوند. درمان‌های فعلی نوراپینفرین بر روی چندین مدار مغزی اثر می‌گذارند و ممکن است عوارض جانبی به همراه داشته باشند. نقشه‌برداری دقیق‌تر از مسیرهای تخصصی LC به توسعه درمان‌های هدفمندتر کمک خواهد کرد. این تحقیق تحت حمایت طرح BRAIN انجام شده است.
تمایز عملکردی نورون‌های لوکوس سرولئوس و نقش آن‌ها در یادگیری
پژوهشگران موفق به شناسایی تمایزهای عملکردی میان نورون‌های LC شدند. سلول‌های موجود در بخش پشتی لوکوس سرولئوس که به قشر مغز متصل هستند، در حین یادگیری فعال می‌باشند؛ مثلاً هنگامی که موش‌ها پس از دریافت نتایج نامطلوب، تصمیمات خود را تغییر می‌دهند. از طرف دیگر، نورون‌های موجود در بخش شکمی LC قبل از نادیده‌گرفتن سیگنال‌های پاداش فعال می‌شوند و به تنظیم واکنش حیوانات به موقعیت‌های محیطی کمک می‌کنند. سوبودا بیان داشت: «نورون‌های پشتی LC در فرآیند یادگیری اثرگذارند، در حالی که نورون‌های بخش شکمی مسوول کنترل نحوه تعامل حیوانات با محیط هستند.» این تفاوت‌ها در الگوهای فعالیت ژنی نیز متجلی شده است.
طولانی‌ترین نورون کشف‌شده در مغز موش
این مطالعه جامع بر روی مغز موش، شامل بررسی ۳۵٬۰۰۰ نورون و بازسازی ساختار سلول‌های عصبی پیچیده بود. در جریان این تحقیق، دانشمندان به نکته‌ای جالب دست یافتند که نورون‌های لوکوس سرولئوس دارای آکسون‌های بسیار بلندی هستند. به طور متوسط، طول آکسون‌های LC حدود ۳۵ سانتی‌متر است، اما یکی از آکسون‌ها با طول ۷۰٫۳۲ سانتی‌متر، به عنوان طولانی‌ترین نورون منفرد اندازه‌گیری‌شده در موش شناخته شد. جرمیا کوهن، یکی از محققان مؤسسه آلن، توضیح داد: «این نورون NE را به حجم بسیار زیادی از قشر مغز منتقل می‌کند که برای مغز غیرمعمول است؛ با این‌حال، سیگنال‌ها را به‌طور انتخابی و نه به‌گونه‌ای پخش‌‍‌شده، ارسال می‌کند.» این یافته، مفهوم هدفمندی سیستم پیام‌رسان LC را تقویت می‌کند.
افق‌های جدید در درک و درمان مغز
محققان به شباهت‌هایی بین سیستم‌های نوراپینفرین و دوپامین در مغز پی بردند. دوپامین در ایجاد عادت‌ها نقش دارد و به‌نظر می‌رسد این دو پیام‌رسان بتوانند در راستای تسهیل یادگیری و درک مفاهیم پیچیده با یکدیگر همکاری کنند. این پژوهش، با افشاگری ارتباطات پیچیده و ساختار غیرمعمول نورون‌های لوکوس سرولئوس، درک ما را از چگونگی برقراری ارتباط و یادگیری مغز ارتقا می‌دهد. اگرچه یافته‌ها از مطالعات روی موش‌ها استخراج شده، اما می‌توانند به درک عملکرد مغز انسان و طراحی درمان‌های هدفمندتر برای مدارهای عصبی خاص یاری رسانند.