غوردون إم. شيبرد

كان غوردون موراي شيبرد (21 يوليو 1933 ^{[ 1 ]} - 9 يونيو 2022) ^{[ 2 ]} عالم أعصاب أمريكيًا ، أجرى أبحاثًا تجريبية وحسابية أساسية حول كيفية تنظيم الخلايا العصبية في دوائر دقيقة لتنفيذ العمليات الوظيفية للجهاز العصبي. باستخدام الجهاز الشمي كنموذج يمتد عبر مستويات متعددة من المكان والزمان والتخصصات، تراوحت دراساته من المستوى الجزيئي إلى السلوكي، وهو ما حظي بتقدير كبير من خلال محاضرة سنوية في جامعة ييل حول "علم الأعصاب التكاملي". عند وفاته، كان أستاذًا فخريًا لعلم الأعصاب في كلية الطب بجامعة ييل . تخرج من جامعة ولاية أيوا بدرجة البكالوريوس، ومن كلية الطب بجامعة هارفارد بدرجة دكتور في الطب، ومن جامعة أكسفورد بدرجة الدكتوراه في الفلسفة.

أسفرت دراساته العليا عام 1963 في مجال الفيزيولوجيا الكهربائية للبصلة الشمية عن رسم أحد أوائل المخططات لدائرة دماغية دقيقة. وانطلاقًا من هذا العمل، تعاون مع ويلفريد رال ، الذي كان آنذاك مؤسسًا لمجال علم الأعصاب الحاسوبي ، في المعاهد الوطنية للصحة (NIH) لبناء أول نماذج حاسوبية لخلايا الدماغ العصبية : الخلية الميترالية والخلية الحبيبية . وقد تنبأ هذا النموذج بتفاعلات بينية غير معروفة سابقًا بين الخليتين الميترالية والحبيبية، والتي تم تأكيدها لاحقًا بواسطة المجهر الإلكتروني . وافترض الباحثون أن هذه التفاعلات تتوسط التثبيط الجانبي في معالجة المدخلات الحسية، بالإضافة إلى توليد النشاط التذبذبي المشارك في معالجة الروائح. وأشار النموذج إلى خصائص نشطة في التغصنات، وهو ما تم تأكيده لاحقًا، ومن خلاله يفسر النموذج التفاعلات غير الطبوغرافية في جميع أنحاء البصلة الشمية . وقد أُدرجت هذه الورقة البحثية ضمن سلسلة "مقالات حول الأوراق الكلاسيكية للجمعية الفيزيائية الأمريكية ". ^{[ 3 ]} يمكن تحديد ذروة هذا الخط البحثي في ​​مجال علم الأعصاب الحاسوبي في ورقة بحثية رائدة نُشرت عام 1968 من قِبل ويلفريد رال وغوردون إم. شيبرد. ^{[ 4 ]} تميزت هذه الورقة البحثية عن الأعمال السابقة التي قدمت أطرًا مفاهيمية، إذ تعمقت في البنية المعقدة لنظام معين، وهو البصلة الشمية .

تناول شيبارد في بحثه التالي كيفية تمثيل الروائح في الدماغ. وباستخدام تقنية تصوير الدماغ آنذاك، وهي التصوير الإشعاعي الذاتي باستخدام 2-ديوكسي-دي-جلوكوز (2DG) ، تبيّن لأول مرة أن الروائح تُشفّر بواسطة أنماط نشاط مكاني مختلفة في كبيبات البصلة الشمية، وهي شبكة عصبية معقدة تتكون من روابط بين خلايا حسية شمية وخلايا ميترالية. ^{[ 5 ]} وقد أظهر هذا أن الأساس العصبي لحاسة الشم لدى الفقاريات يتمثل في تمثيل الروائح بواسطة أنماط نشاط كبيبية، أو "صور روائح"، والتي تُعالج بعد ذلك بواسطة الدوائر الدقيقة المنتشرة على نطاق واسع في البصلة الشمية. وشملت الأنماط الناتجة عن الروائح "مركبًا كبيبيًا مُعدَّلًا"، والذي كان أول نظام فرعي من كبيبات محددة في البصلة الشمية. ^{[ 6 ]}

استخدم مختبر شيبارد، في أبحاثه، البصلة الشمية كنموذج أساسي لاستكشاف الوظائف التكاملية للتغصنات العصبية. وكشفت نتائجهم أن التغصنات تمتلك القدرة على احتواء وحدات حسابية متعددة، وأن كمونات الفعل المنتشرة في اتجاه رجعي داخل التغصنات قادرة على تنفيذ عمليات وظيفية محددة، وأن الأشواك التغصنية (نتوءات غشائية صغيرة من تغصنات العصبون تستقبل عادةً مدخلات من محور عصبي واحد عند المشبك العصبي) يمكن أن تعمل كوحدات إدخال وإخراج مستقلة. علاوة على ذلك، ساهم المختبر في وضع دارة أساسية لقشرة الشم في الدماغ. بالتزامن مع هذا البحث، طُوّرت مفاهيم جديدة لتحل محل " مبدأ العصبون " الكلاسيكي، وطُرح مصطلح "الدارة الدقيقة" لوصف أنماط محددة من التفاعلات المشبكية في الجهاز العصبي. ^{[ 7 ]}

ما هي "العناصر الحسية الأولية" التي تُعالج كأساس لإدراك الروائح؟ تمت معالجة هذه المشكلة الأساسية من خلال نمذجة التفاعلات الجزيئية بين جزيئات الرائحة ومستقبلات الشم المكتشفة حديثًا. تم تحديد "محددات" على جزيئات الرائحة تُفعّل مواقع محددة على المستقبلات لترميز هوية جزيء الرائحة. ^{[ 8 ]}

أدى التقدير الجديد لحاسة الشم لدى الإنسان إلى تركيز جديد على حاسة الشم الرجعي، التي تُفعّل "نظام نكهات" واسع النطاق في الدماغ البشري؛ ما أدى في عام 2015 إلى ظهور مجال جديد يُعرف باسم " علم الأعصاب الغذائي "، استنادًا إلى كتابه الذي يحمل نفس الاسم ^{[ 9 ]،} والذي يهدف، من بين أمور أخرى، إلى تعزيز فهم العوامل المساهمة في الحالات السريرية والصحة العالمية. وقد أسس شيبارد، ودان هان ، وفريدريك مورين ، وتشارلز سبنس ، وتيم ماكلينتوك، وبوب بيري، وجهانغير ميهتا، وكيلسي راهينكامب، وسيدهارث كابور، وأويتا ميشيل، وبريت سميث، جمعية جديدة واجتماعًا سنويًا، تُعرف باسم الجمعية الدولية لعلم الأعصاب الغذائي (ISN). ^{[ 10 ]} وتتلقى ISN دعمها من المعهد الوطني للصمم واضطرابات التواصل الأخرى / المعاهد الوطنية للصحة . ^{[ 11 ]} وقد طُبقت المبادئ نفسها على تذوق النبيذ في علم الأعصاب الغذائي. ^{[ 12 ]} يتم توضيح هذه المبادئ من خلال الرسوم المتحركة لعلم الأعصاب الغذائي ^{[ 13 ]} وعلم الأعصاب النبيذي. ^{[ 14 ]}

تُرسل البصلة الشمية إشاراتها إلى القشرة الشمية، التي بدورها تُرسل إشاراتها إلى القشرة المخية الحديثة حيث تتم عملية إدراك الروائح. وقد كشفت الدراسات المبكرة التي أجراها لويس هابرلي على القشرة الشمية عن وجود دارة أساسية من الخلايا الهرمية ذات التغذية الراجعة والتنشيط والتثبيط الجانبي كأساس لمعالجة الروائح العليا. وتشير الدراسات الحالية التي أجراها عالم الحفريات تيموثي رو إلى أنه خلال التطور، اندمجت هذه الدارة الدقيقة الأساسية ثلاثية الطبقات مع القشرة الظهرية للزواحف لتشكيل القشرة المخية الحديثة.

كان مختبره من بين المجموعة الأصلية التي أسست مجال المعلوماتية العصبية ، حيث قدم التمويل الأول لمشروع الدماغ البشري عام ١٩٩٣. الموقع الرئيسي هو "SenseLab"، الذي يضم مجموعة من ٩ قواعد بيانات تدعم الأبحاث المتعلقة بمستقبلات الشم، وخرائط الروائح، وخصائص الخلايا العصبية والتغصنات، ونماذج الخلايا العصبية والدوائر الدقيقة. أسس "SenseLab" كل من شيبارد، وبيري ميلر، مؤسس مركز ييل للمعلوماتية الطبية، ومايكل هاينز، مؤسس برنامج النمذجة واسع الانتشار "NEURON".

• شهادة فخرية، جامعة كوبنهاغن ، 1999
• درجة فخرية، جامعة بافيا ، 2006
• جائزة التميز من الجمعية الدولية لعلم الأعصاب الغذائي ، 2015