Podczas gdy większość narządów ludzkiego ciała działa w stanie ciągłej odnowy – wymieniając skórę, krew i komórki jelitowe co kilka dni lub miesięcy – mózg działa w znacznie bardziej rygorystycznych warunkach. Przez dziesięciolecia naukowcy zastanawiali się, dlaczego ssaki, w tym ludzie, mają tak ograniczoną zdolność do tworzenia nowych neuronów (proces zwany neurogenezą) w porównaniu do innych zwierząt.
Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Current Biology sugeruje, że przyczyną może nie być niedoskonałość biologiczna, ale ewolucyjny mechanizm obronny. Badając ptaki śpiewające, naukowcy odkryli potencjalną „ciemną stronę” neurogenezy: fizyczny proces tworzenia nowych komórek może w rzeczywistości zniszczyć istniejące.
Model ptaka śpiewającego: wysoka intensywność, wysokie konsekwencje
Aby zrozumieć, jak neurogeneza zachodzi w mózgu dorosłego człowieka, badacze zajęli się zebrami. W przeciwieństwie do ssaków, te małe ptaki śpiewające przechodzą przez całe życie rozległą neurogenezę.
Benjamin Scott, adiunkt na Uniwersytecie Bostońskim i główny autor badania, zauważa wyraźną lukę ewolucyjną:
“Ptaki, gady, ryby – wszystkie mają rozległą neurogenezę w przodomózgowiu przez całe życie. To ograniczenie widzimy u ssaków. “
Za pomocą mikroskopu elektronowego Scott i jego zespół obserwowali przemieszczanie się nowych neuronów w mózgu. Ich odkrycia podważyły długo utrzymywane założenia dotyczące ruchu komórek mózgowych:
- Brak „rusztowania”: Wcześniej naukowcy uważali, że nowe neurony podążają za „rusztowaniem glejowym” – istniejącymi wcześniej ścieżkami strukturalnymi – aby dotrzeć do celu.
- Agresywne „tunelowanie”: Zamiast podążać gotowymi ścieżkami, nowe neurony wydają się tunelować bezpośrednio przez istniejącą tkankę nerwową.
- Sztywność fizyczna: W przeciwieństwie do „miękkich” i elastycznych dojrzałych neuronów, te nowe komórki są sztywniejsze, przez co ich ruch jest bardziej destrukcyjny.
Kompromis między wzrostem a stabilnością
Głównym problemem zidentyfikowanym w trakcie badania jest przemieszczenie przestrzenne. Ponieważ mózg dorosłego to kompletna struktura, w której nie ma miejsca na rozbudowę, nowych komórek nie można po prostu „dodać” do systemu; muszą dosłownie przeforsować swoje miejsce.
Gdy te nowe, wytrzymałe neurony przechodzą przez mózg, wywierają presję na istniejące połączenia, zniekształcając je i prawdopodobnie niszcząc samą architekturę, z której składa się mózg. Prowadzi to do poważnego dylematu biologicznego: sam proces, który ma odnawiać mózg, w rzeczywistości go demontuje.
Połączenie pamięci
Odkrycie to dostarcza przekonującego wyjaśnienia, dlaczego u ssaków mogła wyewoluować potrzeba ograniczania neurogenezy. Jeśli nowe neurony stale „przebudowują” mózg, niszcząc stare połączenia, mogą przypadkowo wymazać obwody nerwowe przechowujące pamięć długoterminową. Z tego punktu widzenia ograniczona neurogeneza u człowieka nie jest wadą, ale mechanizmem ochronnym mającym na celu zachowanie integralności zgromadzonych informacji.
Bądź ostrożny z porównaniami
Chociaż odkrycia są rewolucyjne, neurobiolodzy zalecają ostrożność przy bezpośrednim przekładaniu tych odkryć na biologię człowieka. Eliot Brenowitz, neurolog z Uniwersytetu Waszyngtońskiego, który nie brał udziału w badaniu, zauważa, że strukturalna organizacja przodomózgowia ptaków i ludzi znacznie się różni. Chociaż mechanizm tunelowania może być podobny, stopień wpływu na złożone obwody nerwowe może być różny w zależności od gatunku.
Wniosek
Badanie sugeruje, że ograniczona zdolność ssaków do tworzenia nowych komórek mózgowych może stanowić ewolucyjny kompromis: poświęcenie odnowy neuronalnej na rzecz ochrony stabilności istniejących wspomnień i połączeń neuronowych.
