تمكن فريق بحثي من تطوير أدمغة مصغرة (mini brains) بحجم حبة البازلاء، تنشأ من خلايا مرضى يعانون من الفصام والاضطراب الثنائي القطب، لتسجيل وتحليل الإشارات الكهربائية (electrophysiology) المميزة لكل حالة. هذا الاكتشاف الجديد يفتح الباب أمام تشخيص أدق وتسريع اختيار أدوية مناسبة للمرضى، بعيدًا عن التجربة والخطأ التقليدية في الطب النفسي. باستخدام أجهزة ميكروشيب مع مصفوفة متعددة الأقطاب، استطاع الباحثون تمييز دقيق بين الأدمغة المصغرة الصحية وتلك المتأثرة بهذه الاضطرابات بنسبة نجاح تصل إلى 92% بعد تحفيز كهربائي محسّن.

جدول المحتويات

🧠 خلفية عن الفصام والاضطراب الثنائي القطب والتحديات التشخيصية

الفصام والاضطراب الثنائي القطب هما من اضطرابات الصحة النفسية التي تؤثر على ملايين الأشخاص حول العالم، وتتميز بتعقيد صارم في التشخيص. السبب أن هذه الأمراض لا تتعلق بخلل في منطقة دماغية واحدة أو في نشاط إنزيم محدد، كما هو الحال في أمراض عصبية أخرى مثل باركنسون، التي يمكن رصدها من خلال مستويات الدوبامين.

الحقيقة العلمية أن هذه الاضطرابات تظهر من خلال تغييرات دقيقة وغامضة في طريقة تواصل الخلايا العصبية، حيث يصعب على لقاحات التشخيص الحالية — التي تعتمد بشكل أساسي على التقييمات السريرية — تحديد المرض بدقة. علاوة على ذلك، تستند العلاجات في أغلب الأحيان إلى تجربة أدوية مختلفة محاولة الوصول إلى الأثر المناسب، ما يستغرق شهورًا وأحيانًا يؤدي إلى مقاومة دوائية.

نقطة علمية مهمة:
الاضطرابات النفسية مثل الفصام والاضطراب الثنائي القطب تحدياتها الأساسية تكمن في عدم وجود علامات جينية أو إنزيمات واضحة تشخص الحالة بشكل قاطع.

🧪 طريقة البحث: كيف تم تطوير ودراسة الأدمغة المصغرة؟

اعتمد الباحثون بقيادة مهندسة الطب الحيوي في جامعة جون هوبكنز على تقنية تحويل خلايا الدم والجلد لمرضى الفصام والاضطراب الثنائي القطب إلى خلايا جذعية قادرة على النمو إلى أنسجة دماغية مبسطة تسمى “أعضاء دماغية” أو brain organoids.

هذه الأعضاء الدماغية النموذجية بحجم حبة البازلاء تمثل نموذجًا مصغرًا لأجزاء من الدماغ الحقيقي، بما في ذلك الخلايا العصبية والطبقة العصبية وألياف الميالين، التي تسهم في العزل الكهربائي وتسرع انتقال الإشارات العصبية.

واستخدم الفريق بعد ذلك أدوات الذكاء الاصطناعي وتقنيات machine learning لتحليل الأنماط الكهربائية التي تنتجها هذه الخلايا العصبية في الأعضاء الدماغية، وكل ذلك يجري عبر أقطاب كهربائية حساسة موجودة في شرائح ميكروية تدعى multi-electrode arrays. هذه المصفوفة تعمل بطريقة مشابهة لجهاز رسم المخ (EEG)، حيث تسجل نبضات وأساليب إطلاق الإشارات الكهربائية الدقيقة.

ما الذي كشفه البحث؟
تمكن الباحثون من التمييز بين الأدمغة المصغرة المأخوذة من مرضى الفصام، والاضطراب الثنائي القطب، والأشخاص الأصحاء، اعتمادًا على “بصمات” الإشارات الكهربائية لكل منها.

🧠 الإشارات الكهربائية كمؤشرات حيوية لتمييز المرض النفسي

كشف الباحثون عن وجود معايير كهربائية محددة تحمل بصمات دالة على وجود المرض، حيث ظهرت تغييرات غير معتادة في شدة وتوقيت إطلاق الخلايا العصبية للإشارات الكهربائية. هذه التغيرات تظهر بشكل فريد في كل من الفصام والاضطراب الثنائي القطب.

النتائج العملية التي توصل لها الفريق تضمنت:

• القدرة على تحديد نسبة المرضى بدقة تصل إلى 83% عبر تحليل الإشارات الكهربائية الناتجة عن الأعضاء الدماغية.
• ازدياد هذه الدقة إلى 92% بعد تحفيز الأعضاء الكهربائية بشكل موجه لزيادة نشاط الشبكات العصبية.
• وجود اختلافات في أنماط إطلاق النبضات الكهربائية، والتي تُسجل على شكل توقيتات متغيرة وأعداد مختلفة من النبضات لكل حالة مرضية.

يؤكد هذا التطور على إمكانية الاعتماد على biomarkers كهربائية لتأكيد تشخيص المرض النفسي، وتوفير فهم أدق للآليات الجزيئية التي تسبب هذه الاضطرابات.

خلاصة صحية:
الإشارات الكهربائية العصبية هي مفتاح لفهم الفوارق الدقيقة بين اضطرابات الصحة النفسية وربطها بسلوك الخلايا العصبية.

🧪 التقنيات المستخدمة لفهم عمل الأدمغة المصغرة

بجانب النموذج الحيوي للأعضاء الدماغية، استخدم العلماء تقنية multi-electrode arrays التي تغطي الأعضاء الدماغية بشبكة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة. هذه الأداة تمكن من:

رصد الإشارات الكهربائية بسرعة وبدقة معززة.
تتبع تواصل وتفاعل الخلايا العصبية على مستوى شبكي.
مقارنة النشاط الكهربائي في الأدمغة المصغرة السليمة وتلك المصابة بالفصام أو الاضطراب الثنائي القطب.

تمكن الباحثون أيضًا من ملاحظة تطور تشكيل شبكة الخلايا العصبية في الأعضاء الدماغية، بما في ذلك إنتاج الميالين، وهو عنصر مهم لتحسين انتقال الإشارات العصبية.

لماذا هذا مهم صحيًا؟
توضح هذه التقنيات كيف يمكن لعلم الأعصاب التجريبي تقديم أدوات تشخيصية جديدة تزيد من دقة التشخيص وتقلل من الوقت اللازم لوصف الدواء المناسب.

🩺 الآفاق المستقبلية: نحو علاجات نفسية مخصصة بسرعة أكبر

شملت الدراسة الأولية عيّنات من 12 مريضًا فقط، لكنها قدمت أدلة قوية على إمكانية توظيف هذه الأعضاء الدماغية المصغرة كمنصة اختبار أدوية. يتم حاليًا التعاون مع جراحي أعصاب وأطباء نفسيين لتوسيع جمع العينات ودراسة تأثيرات أدوية مختلفة على نشاط العضو الدماغي، بهدف تحديد الجرعات الأمثل لكل حالة.

من الأهداف المستفادة:

• تقليل الاعتماد على طريقة “التجربة والخطأ” طويلة الأمد في وصف الأدوية النفسية.
• تقديم خيارات دوائية مبكرة ومناسبة للمريض، مما يقلل من فترة المعاناة وعدم الاستجابة العلاجية.
• مواجهة مقاومة الأدوية الشائعة؛ فمثلاً معظم مرضى الفصام يصيبهم مقاومة نتيجة لاستخدام دواء Clozapine، وهو الدواء الأكثر وصفًا لهم.

بحيث يمكن أن تتحول هذه الطريقة إلى أداة تشخيص وعلاج موجهة تمكّن الأطباء من:

التأكد من التشخيص بدرجة عالية من الدقة.
اختبار الأدوية المختلفة وأكثرها فعالية على الأعضاء الدماغية المصغرة قبل إعطائها للمريض.

نقطة علمية مهمة:
الاعتماد على أدمغة مصغرة ومستقبلات كهربية يفتح طريقًا جديدًا نحو “الطب الدقيق” في مجال الصحة النفسية.

🧠 خلاصة

توفر دراسة الأدمغة المصغرة المزروعة من خلايا مرضى الفصام والاضطراب الثنائي القطب نافذة فريدة لفهم التغيرات الكهربائية المعقدة التي تميز هذه الأمراض النفسية. توظيف تقنيات متقدمة مثل الذكاء الاصطناعي ومصفوفات الأقطاب الكهربائية يعزز إمكانية تحسين التشخيص وعلاج هذه الأمراض، التي لطالما كانت تشكل تحديًا طبيًا.

هذا التقدم يؤسس لمرحلة واعدة في الطب النفسي، حيث تختفي الطرق التقليدية الغامضة ويظهر التشخيص الدقيق المدعوم بالأدلة القابلة للقياس، ما قد يضيف قيمة كبيرة في حياة المرضى ويحد من معاناتهم.

صورة مقترحة:
باحثة أو طبيب يرتدي معطفًا طبيًا في مختبر، يراقب داخل جهاز مع أدمغة مصغرة على ميكروشيب مزود بأقطاب كهربائية.