مفتاح الألم

تركز أبحاث البروفيسور فان وانج على دوائر الدماغ التي تتحكم في إدراك الألم. يمكن أن يتيح عملها يومًا ما إدارة الألم بدون المواد الأفيونية.



24 أغسطس 2021 البروفيسور فان وانغ

كودي أولوغلين

تقضي فان وانغ معظم أيام عملها في حدود المختبر ، وتشرف على التجارب ، وتراجع رزمًا من البيانات ، وتدير فريقًا من العلماء الباحثين.





مختبرها في مبنى 46 بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والذي انتقلت إليه عند انضمامها إلى هيئة التدريس في يناير ، نظيف ومنظم ، مكان معقم تحكمه الدقة والأرقام ، حيث من المرجح أن تكون التفاعلات اليومية مع الفئران البحثية كما هو الحال مع الناس.

لكن وانغ تفكر أكثر هذه الأيام في الأبعاد الإنسانية لعملها وآثاره في العوالم الفوضوية للعاطفة والأمل. بعد أن نشرت هي وزملاؤها ورقة بحثية عن كبح الألم في مجلة Nature Neuroscience العام الماضي ، تدفق طوفان من الناس - غرباء يعيشون بألم غير مبرر وغير مرتاح ولا هوادة - في حياتها. أرسلوا رسائل البريد الإلكتروني. أرادوا مساعدتها. أرادوا الاطمئنان على أنه لم يكن كذلك كل ذلك في رؤوسهم .

قالوا: د. وانغ ، أنا على استعداد لأكون خنزير غينيا الخاص بك ، 'تتذكر. إنه يظهر فقط مدى يأسهم.



أمضت وانج ، وهي محققة في معهد ماكجفرن لأبحاث الدماغ وأستاذة في علوم الدماغ والإدراك ، الكثير من حياتها المهنية في البحث عن الإدراك الحسي وكيف يفسر الدماغ اللمس والألم. تعمل هي وفريقها الآن على فهم مراكز جديدة لتخفيض الألم في الدماغ على أمل العثور على راحة لا تتطلب المسكنات الأفيونية.

إذا نجحوا ، فإن عملهم يمكن أن يغير بشكل عميق علاج الألم ويعيد تشكيل حياة عدد لا يحصى من الناس ، مما قد يمنع الآثار المتتالية للإدمان التي غالبًا ما تصاحب استخدام المواد الأفيونية.

يقول وانغ بتواضع: أريد فقط أن أجد طريقة لتخفيف الألم.

لكن مناطق الدماغ التي تركز عليها - الأماكن التي يتم فيها التحكم في التخدير والألم والنوم - معقدة بشكل لا يصدق ، والمهمة التي أمامها هائلة.



تخمين جامح

يصف وانغ بأنه الطالب الذي يذاكر كثيرا في مجال العلوم ، وقد نشأ في بكين ، حيث جاء أولاً إلى الولايات المتحدة كطالب دراسات عليا. في 25 أغسطس 1993 ، وصلت إلى مطار جون كنيدي ، كما تتذكر ، بدقة نموذجية ولمسة من الحنين إلى الماضي.

التحق وانغ بجامعة كولومبيا ، حيث كان يعيش في شقة موبوءة بالصراصير ، ويجلس في مقاعد الرعاف في Met ، وكان محاطًا بمدينة نيويورك وجميع الفرص المتاحة لها. تم إرشادها في جامعة كولومبيا من قبل ريتشارد أكسل الحائز على جائزة نوبل ، وأجرت أبحاثها بعد الدكتوراه في جامعة ستانفورد مع مارك تيسييه لافين. في عام 2003 ، التحقت بجامعة ديوك ، حيث ارتقت في الرتب من أستاذ مساعد إلى أستاذة كاملة في علم الأعصاب في كلية الطب قبل مجيئها إلى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

لطالما كانت وانغ مهتمة بالإدراك الحسي ، وركزت أبحاثها المبكرة على حاسة الشم ، متتبعة الخلايا العصبية الحسية من تجويف الأنف إلى البصلة الشمية ، وهي جزء الدماغ المسؤول عن معالجة إدراك الروائح. وتقول إن الباحثين لم يكن لديهم سوى فهم محدود لإدراك الألم. هذا لا يزال صحيحا بعد عقود.

استعراض ستيون الألواح الشمسية

نعلم أن هناك نهايات حسية في الجلد والأصابع تجعلك تشعر بالحرارة والملمس. يقول وانج إن هذا الإدراك يتم إنشاؤه في الدماغ. أردت أن أفهم ذلك في المستويات العليا - لفهم تطور النظام.

استلهم وانغ اهتمامه وعمل الطبيب الأمريكي هنري بيتشر ، الذي اشتهر بتوثيق حالات جنود الحرب العالمية الثانية الذين أصيبوا بجروح بالغة لكنهم لم يشعروا بأي ألم عندما نُقلوا من ساحة المعركة إلى المستشفيات العسكرية. يجب أن يتألموا ، لكنهم ليسوا كذلك. يوضح وانغ أن دماغهم تحول إلى حالة لا يشعرون فيها بالألم. على الرغم من أن الخلايا العصبية الحسية ظلت سليمة ، كما تقول ، فإن أجهزة الكشف عن المحفزات هذه لم تسجل إدراك الألم: هذا في الدماغ.

كانت أيضًا مفتونة بالتقارير عن مرضى تحت التخدير العام ، وخضعوا لعمليات جراحية ، وكانوا واعين - حتى أن البعض تذكروا سماع الجراح يتكلم - ومع ذلك لم يشعروا بأي ألم.

وتساءلت ما الذي كان يفعله الدماغ في هذه الحالات وكيف يمكن تسخير ذلك لتخفيف الألم؟

في 175 عامًا منذ أن تم وضع المريض الأول بنجاح تحت التخدير العام ، لم يحدد الباحثون بالضبط كيف يعمل. كانت النظرية السائدة أن التخدير العام يغلق الدماغ ، مما يؤدي إلى فقدان الوعي. لكن أمثلة الجنود والمرضى الذين لديهم وعي تحت التخدير دفعت وانغ إلى التساؤل عما إذا كان جزء من الدماغ المخدر لا يزال ، في الواقع ، يعمل على تخفيف الألم.

يقول وانج إنه قد تكون هناك مناطق في الدماغ يتم تنشيطها ، على نحو متناقض ، عن طريق التخدير. وإذا كانت لديك آلية نشطة ، فيمكنك تشغيلها مثل المفتاح وإيقاف الألم. كان ذلك تخمينًا جامحًا.

للبحث عن مثل هذه المنطقة ، قامت وانج وفريقها بتخدير الفئران بأربعة أدوية مخدرة شائعة ، ثم باستخدام الواسمات الجزيئية ، عثروا على مجموعات من الخلايا العصبية التي تنشطها هذه المركبات في جزء من منطقة ما تحت المهاد وكذلك في اللوزة. نظرًا لأن الخلايا العصبية في الوطاء تعبر عن ببتيد عصبي كان مرتبطًا سابقًا بتقليل الألم ، فقد ركز وانغ على دراستها أولاً. واكتشفت لدهشتها أنه يبدو أنهما مرتبطان ليس فقط بقمع الألم ولكن بفقدان الوعي الذي يعاني منه تحت التخدير العام. عندما قامت هي وفريقها بتنشيط الخلايا العصبية باستخدام تقنية كانت رائدة في Duke (تسمى التقاط المجموعات العصبية النشطة ، أو CANE) ، دخلت الفئران في نوم طويل وعميق. إن اكتشاف أن أدوية التخدير المتعددة تعمل جميعها على تنشيط منطقة من الدماغ لتعزيز حالة تشبه النوم قدمت أول دليل واضح على وجود آليات نشطة متضمنة في التخدير. يقول وانج إنه نظرًا لمعروف أن مرضى الألم المزمن يعانون من مشاكل في النوم ، فقد تكون هذه المنطقة هدفًا محتملاً لوسائل المساعدة على النوم في المستقبل.

بناءً على هذا البحث ، وجهت وانج وزملاؤها انتباههم إلى مجموعة الخلايا العصبية التي عثروا عليها في اللوزة والتي تم تنشيطها أيضًا عن طريق التخدير العام. هل كان من الممكن أن تكمن وراء وظيفة قمع الألم؟ بدا الأمر غير محتمل ، لأن اللوزة هي الجزء الأكثر ارتباطًا بالخوف واستجابة الإنسان للقتال أو الهروب ، التي تنجم عن احتمال الألم ؛ لم تكن منطقة مرتبطة سابقًا بالتخدير وقمع الألم النشط.

مركز الألم في اللوزة

حدد وانغ الدوائر العصبية في اللوزة المركزية المرتبطة بتثبيط الألم (باللون الأحمر والأرجواني والأصفر أعلاه).

بإذن من FAN WANG LAB

اللافت للنظر ، عندما استخدمت وانج وفريقها علم البصريات الوراثي لتنشيط هذه الخلايا العصبية المركزية المحددة في اللوزة ، اكتشفوا أن الفئران شعرت بألم ضئيل للغاية. توقفت الفئران التي تعرضت لعامل التهابي أو التي عانت من آلام الأعصاب الناجمة عن عقار العلاج الكيميائي أو ضغط الأعصاب على الفور عن فرك وجوهها ولعق أقدامها - وهي سلوكيات رعاية ذاتية نموذجية يسببها الألم. على العكس من ذلك ، عندما قام الباحثون بإلغاء تنشيط هذه الخلايا العصبية ، استجابت الفئران للمس الطبيعي ، مثل الضرب على الفراء ، كما لو كان مؤلمًا. (تقول وانغ إنه عندما صور فريقها هذه الخلايا العصبية في حالتها الطبيعية ، وجدوا نشاطًا مستمرًا عفويًا ، ويعتقدون أنه يحافظ على الدماغ من الحساسية المفرطة تجاه اللمس الطبيعي).

أدرك الباحثون أن هذه الخلايا العصبية اللوزة كانت خلايا مثبطة ، والتي تبطئ أو توقف نشاط الخلايا العصبية الأخرى. وعندما تتبعوا روابط الخلايا العصبية ، وجدوا أنه في حين أنهم لم يرتبطوا بمناطق الدماغ المشاركة في الاستشعار والتمييز بين المنبهات التي قد تسبب الألم ، فقد تم ربطهم بمناطق في الدماغ تشارك في معالجة المشاعر السلبية والمعاناة المرتبطة منبهات مؤلمة. بعبارة أخرى ، يبدو أنه عندما يتم تنشيط الخلايا العصبية في اللوزة ، يمكن للفئران أن تستشعر المنبهات التي تسبب الألم عادةً ولكنها لا تعاني من الألم نفسه. الطريقة التي تم بها ربط هذه الخلايا العصبية بالعديد من مناطق الدماغ التي تعالج المشاعر السلبية للألم تشير إلى أن خلايا اللوزة يمكنها تثبيط كل هذه المناطق.

كان هذا اكتشافًا مقدسًا لأنه يعني وجود مكان واحد في الدماغ يمكنه ، على الأرجح ، إيقاف الألم. يقول وانج مبتهجًا: كانت لدينا هذه الفرضية الجامحة واتضح أنها صحيحة.

إنذار دخان غير دقيق

عندما نشرت مجلة Nature Neuroscience بحث وانغ عن اللوزة الدماغية العام الماضي ، تبع ذلك اهتمام وسائل الإعلام. وعندما قرأ الأشخاص الذين يعانون من الألم المزمن - ما يقدر بنحو 50 مليون أمريكي يعيشون معه - أن هناك تحولًا محتملاً في أعماق الدماغ يمكن أن يخفف من معاناتهم التي لم يتم حلها ، فقد تواصلوا مع مختبر وانج.

استجابت وانغ بدقة قدر استطاعتها. أخبرتهم أن بحثها كان فقط على الفئران في هذه المرحلة ، وأن العلاج البشري كان متوقفًا عن سنوات.

تقول أنا دائما يجب أن أعتذر. أقول إنه فقط في القوارض.

عندما تناقش وانغ بحثها ، تتحدث بسرعة ، وتحرك يديها لإبراز تفسيراتها ، ويبدو أن دماغها يتسابق للأمام. تشعر بالحاجة الملحة لعملها. ولكن بقدر ما هي متحمسة وحيوية بشأن الاحتمالات ، فإنها أيضًا تشعر باليأس. علمت مؤخرًا أن أحد الأشخاص الذين اتصلوا بها - رجل يعاني من متلازمة الألم الموضعي المعقدة ، مما تسبب في ألم لا يمكن تخفيفه على الرغم من كل جهوده - قد قتل حياته.

شعر جسده كله بالألم. تقول وانغ إنه لم يخففها شيء ، وصوتها ينفجر بالعاطفة. هذه طريقة رهيبة للعيش. أستطيع أن أشعر كم هو فظيع. وأنا بعيد جدًا عن تحويل بحثي إلى علاج.

سألها شخص آخر مؤخرًا ، لماذا يجعلنا الله نشعر بألم شديد؟ تتذكر. وقد جعلني ذلك حزينًا للغاية ، لأنه لم يكن لدي إجابة.

ومع ذلك ، لديها أمل.

يهدف بحثها الحالي إلى تحديد آليات الدوائر العصبية التي تتحكم في كيفية تغيير التوقعات والذكريات لإدراكنا للألم. كما أنها تستكشف المكون السياقي للألم بفكرة التعامل معه على أنه مشكلة إدراكية.

إنها ، كما تقول ، متأثرة جدًا بوهم اليد المطاطية ، وهي تجربة - خدعة مائلة - للحفلة يقفز فيها الناس عندما تضرب يد مطاطية فجأة بمطرقة أو سكين ، بعد ضربها بنفس طريقة يدهم الحقيقية . وهي تعتقد أن هذا يشير إلى أن استجابة الدماغ للألم في كثير من الحالات قد لا يكون لها علاقة بمحفز مؤلم حقيقي.

تشرح أن نظام الألم يشبه إنذار الدخان غير الدقيق. أحيانًا يفسر عقلك شيئًا ما على أنه نار ، لكنه في الحقيقة مجرد قطعة خبز محمصة.

نظام الألم يشبه إنذار الدخان غير الدقيق. أحيانًا يفسر عقلك شيئًا ما على أنه نار ، لكنه في الحقيقة مجرد قطعة خبز محمصة.

مرة أخرى ، عملت وانج وفريقها على الفئران ، وقامت بقياس استجابات الحيوانات لبيئات معينة لاختبار ما إذا كان من الممكن تدريبهم على تشغيل مفتاح قمع الألم بأنفسهم. قاموا في البداية بتنشيط خلايا اللوزة المركزية لتسكين آلام الفئران عندما كانوا في صندوق مطلي بأشكال وخطوط. في صندوق به أنماط مختلفة - صندوق التحكم - لم تحصل الفئران على تسكين للألم. بعد بضع جلسات تدريبية ، اختبروا استجابات الفئران للمنبهات المختلفة في الصندوقين دون تنشيط خلايا اللوزة المركزية. ومن المثير للاهتمام أن الحيوانات أظهرت استجابة أقل للألم عند وضعها في صندوق تخفيف الآلام مما كانت عليه عندما كانت في صندوق التحكم.

أظهر هذا ، كما يقول وانج ، أن السياق المرتبط بتسكين الآلام يمكن أن يؤدي إلى تبديل قمع الألم في اللوزة. في النهاية ، قد يتم تكييف البشر بالطريقة نفسها ، كما تقول ، دون الحاجة إلى الأدوية لتفعيل تبديل اللوزة.

ربما يمكنك تدريب عقلك على النظر إلى أحد التطبيقات عندما يتم تنشيط خلايا اللوزة المخبأة للألم عن طريق الأدوية أو تحفيز الدماغ ، لذلك يتذكر الدماغ. ثم بعد ذلك ، كل ما عليك فعله هو إعادة النظر في التطبيق وستتوقف اللوزة عن الألم ، كما تقول. هذا هو الحلم. هذا هو المستقبل.

في الواقع ، قد يكون الدماغ قادرًا في النهاية على إعادة تنظيم إدراكه للألم - لإيقاف الألم الذي لا يمكن تفسيره والمزمن أو ببساطة غير مفيد.

لم نحصل على علاج جديد لفترة طويلة. ايبوبروفين. عقاقير أخرى. يقول وانغ إنهم قديمون. علينا أن نجد طريقة أخرى.

تقود وانج مبادرة جديدة لدراسة الإدمان في معهد ماكجفرن ، لأنها تعتقد أن عملها على قمع الألم في الدماغ قد يعني في النهاية أن المرضى لن يحتاجوا إلى المواد الأفيونية.

يركز عملها مع مبادرة الإدمان على الكيفية التي يؤدي بها تعاطي المخدرات إلى خلق حالة دماغية تتوق إلى المخدرات تستمر حتى بعد علاج الاعتماد الجسدي والتخلص منه. وتقول إنني أعتبر ذلك بمثابة ألم نفسي عميق.

تجعلها الموارد وأوجه التعاون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تشعر أن تخفيف هذا الألم هو احتمال حقيقي. هذا هو المكان ، كما تقول. أنا مصمم على إيجاد طريقة لتخفيف الألم. هؤلاء الناس في غاية اليأس. لديهم الكثير من الثقة في العلم ، وآمل أن لا يخذلهم العلم.

الألم هو إلى حد كبير وهم يولده الدماغ. يقول وانغ إن جميع التصورات هي أوهام. لكن مجرد وجودها في العقل لا يعني أنها ليست حقيقية. كل شيء في الرأس.


علم الإدمان

تعالج مبادرة معهد ماكجفرن الجديدة أسئلة مثل لماذا يصبح بعض الناس مدمنين والبعض الآخر لا.

يموت حوالي 130 شخصًا كل يوم في الولايات المتحدة بسبب الجرعات الزائدة من المواد الأفيونية. اثنان من أهم أسباب الوفاة التي يمكن الوقاية منها هما التبغ والكحول. ينشأ واحد من كل خمسة أطفال في منزل يعاني من الإدمان. ومع ذلك ، لا يزال العلماء لا يفهمون البيولوجيا الكامنة وراء هذا المرض الدماغي المزمن والمعقد.

بدأ فريق مكون من أكثر من 20 من علماء الأعصاب والمهندسين في معهد ماكغفرن ، بقيادة فان وانغ ، العمل على جهد جديد لتحديد كيفية تأثير الإدمان على الدماغ ووضع استراتيجيات للتنبؤ به والوقاية منه وعلاجه.

أكثر من 50 ٪ من المرضى ينتكسون في غضون ستة أشهر من علاج المرضى الداخليين من إدمان الكحول أو المخدرات. استاذ علوم المخ و الادراك جون جابرييلي يستخدم مختبرنا التصوير الدماغي والتعلم الآلي للتركيز على مؤشرات الانتكاس ومطابقة المرضى بالتدخلات المثلى.

بولينا أنيكيفا ، أستاذ علوم وهندسة المواد ، يطور أدوات تستخدم المجالات الضوئية والمغناطيسية لتنشيط الخلايا العصبية في منطقة المكافأة في الدماغ. من خلال التحكم في دوائر الدماغ هذه في الفئران ، يمكنها دراسة دورها في سلوك البحث عن المخدرات والبحث عن طرق لتقليل الاستجابات المرتبطة بالإدمان. كما أنها تستخدم المجسات القائمة على الألياف التي أنشأتها لتحديد المؤشرات الحيوية الكهربية والكيميائية العصبية للإدمان.

أستاذ المعهد وعالم الأعصاب آن غريبيل ، دكتوراه '71 ، يستكشف مسارات الدوبامين المرتبطة بالإدمان وتكوين العادات طويلة المدى. وهي تدرس أيضًا كيف تخطف العقاقير المسببة للإدمان تلك المسارات لدفع السلوك الحركي وتكوين العادات. من خلال النظر في كيفية اختلاف هذه المسارات بين الأشخاص الذين يعانون من الإدمان ، فإنها تأمل في إلقاء الضوء على سبب تعرض بعض الأشخاص للإدمان أكثر من غيرهم.

استاذ علوم المخ و الادراك إد بويدن 99 ، منغ 99 ، طورت تقنية الفحص المجهري التوسعي التي تجعل من الممكن تصور الوصلات المجهرية بين الخلايا العصبية ومواقع الجزيئات الحيوية داخل الخلايا العصبية. إنه الآن يرسم خرائط تغيرات الدوائر الجزيئية والعصبية المرتبطة بالإدمان وسيستخدم التعلم الآلي لتحديد الأهداف المحتملة للعلاج.

استاذ الهندسة البيولوجية آلان جاسانوف الذي طور مستشعرات التصوير بالرنين المغناطيسي التي تراقب النشاط العصبي ، يستخدم الآن مستشعرات جديدة تكتشف المواد الكيميائية العصبية لدراسة الاتصال بين مناطق الدماغ المرتبطة بالتحفيز والمكافأة والإدمان. هدفه هو فهم أفضل لكيفية تغيير الإدمان لطريقة عمل الدماغ.

لمعرفة المزيد عن مبادرة الإدمان لمعهد ماكجفرن ، انقر هنا .

—جولي بريور

يخفي

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به