الضوضاء المشبكية

يشير الضجيج المشبكي إلى القصف المستمر للنشاط المشبكي في الخلايا العصبية . يحدث هذا في خلفية الخلية عندما تُنتج جهود كهربائية دون تحفيز عصبي بجهد فعل ، ويعود ذلك إلى الطبيعة العشوائية المتأصلة في المشابك العصبية. تتشابه هذه الجهود العشوائية في مسارها الزمني مع جهود ما بعد المشبك الاستثارية (EPSPs) وجهود ما بعد المشبك التثبيطية (IPSPs)، إلا أنها تؤدي إلى استجابات عصبية متفاوتة. ويعود هذا التفاوت إلى الاختلافات في أوقات تفريغ جهود الفعل. ^{[ 1 ]}

توجد أنواع عديدة من الضوضاء في الخلايا. أولًا، هناك الضوضاء الداخلية والضوضاء الخارجية، أو المشبكية. ضمن كل فئة، يوجد قسمان فرعيان للضوضاء: ضوضاء الجهد والضوضاء الزمنية. تنتج ضوضاء الجهد الداخلية عن تغيرات عشوائية في جهد غشاء الخلية، بينما تنتج الضوضاء الزمنية الداخلية عن اختلافات في توقيت توليد النبضات العصبية. توضح الأقسام التالية أسباب الضوضاء المشبكية.

يتعامل الجهاز العصبي المركزي مع الضوضاء بطريقتين - المتوسط ​​والمعرفة المسبقة.

لقد اتضحت أهمية الضوضاء المشبكية من خلال الأبحاث الجارية على الدماغ، وتحديدًا الحصين . الحصين منطقة في الدماغ الأمامي تقع في الفص الصدغي الإنسي ، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بتكوين الذاكرة واسترجاعها. تُحدث تذبذبات غاما وثيتا ، التي تُطلق أثناء الأنشطة الاستكشافية، إيقاعات مُعدَّلة تتحول إلى استثارة مطولة، ومن ثم إلى ذكريات أو تقوية غير سليمة. ^{[ 4 ]} يمكن أن تتكون هذه التذبذبات جزئيًا من تيارات مشبكية أو ضوضاء مشبكية. هناك أدلة حديثة تدعم دور الضوضاء المشبكية في وظائف الإشارة داخل الحصين، وبالتالي في الذكريات، سواءً في ترسيخها أو تداخلها. ^{[ 4 ]}

يعتمد هذا التركيز بشكل كبير على الرنين العشوائي. فمن خلال بحث بارز أجراه ستايسي ودوراند، يُعزى الفضل إلى الضوضاء المشبكية في تعزيز اكتشاف المدخلات المشبكية الضعيفة أو البعيدة داخل الحصين. وباستخدام نموذج حاسوبي، تمت محاكاة تيارات دون العتبة في منطقة CA3 ، والتي ارتبطت ارتباطًا مباشرًا بزيادة نشاط جهد الفعل في منطقة CA1 عند إدخال تيارات صغيرة. ^{[ 5 ]} يُعد هذا مثالًا على ظاهرة طبيعية غالبًا ما يتم تجاهلها، والتي تُضعف الإشارات المهمة، ويمكن الآن دراستها واستخدامها لأغراض علاجية للمساعدة في اللدونة العصبية.

قد تؤدي الإصابات الشائعة في منطقة الحصين إلى الإصابة بالفصام والصرع ومرض باركنسون ومرض الزهايمر . قد يكون التشويش المشبكي جزءًا من تطور هذه الأمراض، إلا أن الأبحاث في هذا المجال لا تزال غير كافية. ومن بين العوامل التي قد تؤثر على ذلك ، عجز التشويش المشبكي عن ضبط أو تنظيم عملية التجميع الصحيحة للرسائل العصبية. فإذا لم تتمكن الإشارات الضعيفة من التحسن في ظل وجود التشويش، فإن اللدونة المشبكية تتأثر سلبًا، مما يؤثر بدوره على الذاكرة والشخصية. ^{[ 6 ]} وقد ساهمت أبحاث ستايسي ودوراند في توجيه هذا التوجه الجديد في تحليل وتطوير الأدوية لمكافحة أمراض الحصين. ^{[ 7 ]}

تُحدِّد الإشارات والتشويش في المستقبلات الحسية ، التي تُمكِّن الكائنات الحية من ترميز المعلومات بناءً على حواسها، حدًّا للإحساس المُعطى. غالبًا ما يكون من الضروري تضخيم إشارة ضعيفة لتكون ذات فائدة. ولكي يُفيد التضخيم، يجب أن تكون الإشارة عند المشبك العصبي أقوى من التشويش.

على سبيل المثال، يلزم تضخيم الإشارة عندما يصطدم فوتون ضوئي واحد بخلايا العصوية في شبكية العين. يسمح هذا التضخيم للمنبه الصغير بالتغلب على التشويش الذي يُعدّ سمة متأصلة في الخلية. مع ذلك، فإن زيادة المنبه تزيد من التشويش. وقد أدت هذه الظاهرة إلى التساؤل عن كيفية تمكّن المستقبلات الحسية من خفض التشويش المشبكي بفعالية مع تضخيم الإشارة للوصول إلى العتبة. ^{[ 8 ]}

تزداد حساسية الخلية العصبية عندما تُجمع المعلومات من العديد من المستقبلات وتُدمج - وهي عملية تُسمى التجميع. وبينما يسمح هذا للخلية بالتركيز بشكل أساسي على الإجراءات المرتبطة مباشرةً بالمنبه، فإنه يُدمج أيضًا التشويش، مما يزيد من إجمالي التشويش الموجود في النظام.

يمكن زيادة كفاءة العصبون الحسي بشكل أكبر عن طريق إزالة التشويش في أقرب وقت ممكن قبل حدوث التداخل، وذلك من خلال الترشيح الخطي. تُعد إزالة التشويش في البداية أمرًا بالغ الأهمية، لأنه بمجرد اندماج إشارة وتشويش متشابهين في التوقيت، يصبح من الصعب فصلهما. يتضمن الترشيح الخطي إزالة التشويش ذي الترددات الزمنية غير المرتبطة باستجابة معينة للمحفز. وهذا يزيل الأحداث الأبطأ من الاستجابة، أو غير المتصلة بالمستقبل المعني. ^{[ 8 ]}

ارتبطت الضوضاء المشبكية بالتذبذبات عالية التردد (HFOs) في الدماغ. تُعدّ هذه التذبذبات ضرورية لوظائف الدماغ الطبيعية، وقد أظهرت الأبحاث أن الضوضاء المشبكية قد تكون مُحفزًا محتملاً لها. سُجّلت التذبذبات عالية التردد التي تتراوح بين 60 و70  هرتز كنشاط طبيعي في الدماغ بواسطة تخطيط كهربية الدماغ (EEG )، إلا أن الترددات التي تتراوح بين 100 و200  هرتز، والتي تُسمى أيضًا بالتموجات، ارتبطت بالصرع . مع ذلك، فإن التموجات ليست غير طبيعية تمامًا ولا منتظمة تمامًا. "استُخدم مصطلح التموجات لوصف كل من النشاط غير الطبيعي المرتبط بالموجات الحادة الصرعية والسلوكيات الطبيعية مثل الموجات الحادة الفسيولوجية وتثبيت الذاكرة ." ^{[ 15 ]}

لا ينتج التشويش المشبكي عن الإشارات الجماعية من النبضات العصبية المحيطة فحسب، بل أيضًا عن الإشارات المباشرة داخل الخلية العصبية نفسها. خلال نوبات الصرع، تكون النبضات المُطلقة ذات شدة وتواتر أكبر من المعتاد. قد تُقصر الإشارات العابرة، أو التشويش تحديدًا، جهد الراحة للسماح بإطلاق النبضات العصبية بشكل أسرع. ^{[ 12 ]}

هناك أيضًا أدلة تدعم فكرة أن الصرع قد يكون أحد أسباب التشويش المشبكي. أثناء نوبة الصرع، تحدث دفعات ثلاثية من جهد الفعل عبر الخلايا العصبية في الدماغ. تنطلق هذه الخلايا العصبية بشكل عشوائي وسريع، مما يُحدث التأثير التشنجي الذي يظهر على المريض أثناء النوبة. قبل هذه الدفعات، يرتفع تركيز البوتاسيوم خارج الخلية في الخلايا العصبية. "من المتوقع أن يرتفع مستوى البوتاسيوم أثناء التفريغات الصرعية، ولدينا أدلة أولية من شرائح بطنية مُعرَّضة للبيكوكولين تُشير إلى أن البوتاسيوم يرتفع إلى قيمة عتبة تبلغ حوالي 9 ملي مولار قبل بدء الدفعات الثلاثية مباشرةً." ^{[ 16 ]} يمكن أن يؤدي ارتفاع تركيز البوتاسيوم خارج الخلية العصبية إلى زيادة استثارة النهايات العصبية، مما قد يتسبب في إطلاق جهد الفعل، وهو ما يؤدي بدوره إلى التشويش المشبكي.

يُعتقد أنه من خلال فهم ضوضاء القنوات أولًا، يُمكن فهم الضوضاء المشبكية بشكلٍ أعمق. ^{[ 17 ]} ضوضاء القنوات هي التباين في الاستجابات العصبية الناتج عن الفتح والإغلاق العشوائي لقنوات الأيونات ذات البوابات الفولتية، مثل قنوات البوتاسيوم أو الصوديوم، وهي مكونات أساسية لجهد الفعل. يُقترح هذا الشرط المسبق لأن كلاً من ضوضاء القنوات والضوضاء المشبكية تحدّ من موثوقية استجابة الخلايا العصبية للمؤثرات، فضلًا عن كونهما يعتمدان على الجهد.

لفهم مستقبل أبحاث الضوضاء المشبكية، من الضروري مناقشة أعمال آلان ديستيكس، الطبيب البلجيكي الذي درس بعمق أهمية الضوضاء المشبكية في الروابط العصبية. يستخدم ديستيكس تقنية التثبيت الديناميكي لفهم وجود الضوضاء وخصائصها. فبينما تسجل تقنية التثبيت المعتمدة على الجهد التكوينات ، تتيح تقنية التثبيت الديناميكي التحكم في الموصلية باستخدام الحاسوب. يتم إنشاء نموذج حاسوبي للضوضاء المشبكية، ثم يُطبق على الخلية العصبية لمحاكاة الضوضاء المشبكية. ^{[ 18 ]} ويمكن استخدام هذا النموذج للمقارنة مع الظروف الحيوية. ويشير ديستيكس إلى أن الأبحاث المستقبلية يمكن توجيهها نحو أربعة مسارات محتملة، استنادًا إلى بحثه باستخدام تقنية التثبيت الديناميكي. أولًا، قد يكون من المفيد فهم كيفية التحكم في الضوضاء المشبكية بحيث يمكن استخدام تعديل الضوضاء على البشر لتحويل الشبكات غير المستجيبة إلى حالة مستجيبة. ثانيًا، من الضروري فهم كيفية تفاعل الضوضاء الخارجية مع الخصائص العصبية الداخلية بشكل أكمل لمطابقة النماذج مع الحقائق التجريبية. ثمة حاجة أيضًا إلى إجراء المزيد من الأبحاث التجريبية حول أساليب التكامل الشجيري ودور الضوضاء المشبكية عند وجودها. وأخيرًا، وجد أدلة تدعم فكرة أن الضوضاء المشبكية تُحسّن الدقة الزمنية في الخلايا العصبية، إلا أنه لم يتم تقديم دليل تجريبي يُفصّل الدراسات النموذجية السابقة. ^{[ 19 ]} وباستخدام تقنية التثبيت الديناميكي، تُوضّح هذه المعلومات دور الضوضاء المشبكية في الدماغ وكيفية تسخيرها لعلاجات مُحددة.

يلزم المزيد من المعلومات لفهم دور الضوضاء في مرض الفصام. مع ذلك، يبدو أن مرضى الفصام وإخوتهم غير المصابين به يعانون من ارتفاع مستوى الضوضاء في دوائر معالجة المعلومات في قشرة الفص الجبهي لديهم. ^{[ 10 ]} قد تُسبب اضطرابات قشرة الفص الجبهي بعض الأعراض المرتبطة بالفصام، مثل الهلوسة السمعية، والأوهام، وتأثيرها على الذاكرة العاملة . إن معرفة كيفية تأثير الضوضاء على الإشارات في هذه المنطقة من الدماغ، كعدم القدرة على التمييز بين الضوضاء والإشارة، قد يُسهم في فهم أسباب حدوث هذه الاضطرابات.

يتأثر التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) بالتشويش. ^{[ 20 ]} يمكن أن يؤثر التشويش الموجود أثناء المسح على دقة الصورة من خلال إدخال عنصر عدم اليقين. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لمعرفة ما إذا كان هذا التشويش هو تشويش تشابكي تحديدًا، أم أنه من أنواع أخرى. علاوة على ذلك، ولجعل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أكثر فائدة وموثوقية، من الضروري إجراء بحوث حول التشويش وسبل الحد منه.