В то время как большинство органов человеческого тела работают в режиме постоянного обновления — заменяя клетки кожи, крови и кишечника каждые несколько дней или месяцев — мозг функционирует в гораздо более строгих условиях. На протяжении десятилетий ученые задавались вопросом, почему млекопитающие, включая человека, обладают столь ограниченной способностью к созданию новых нейронов (процесс, называемый нейрогенезом ) по сравнению с другими животными.
Новое исследование, опубликованное в журнале Current Biology, предполагает, что эта причина может заключаться не в биологическом несовершенстве, а в эволюционном механизме защиты. Изучая певчих птиц, исследователи обнаружили потенциальную «темную сторону» нейрогенеза: физический процесс создания новых клеток может фактически разрушать уже существующие.
Модель певчих птиц: высокая интенсивность, высокие последствия
Чтобы понять, как нейрогенез работает во взрослом мозге, исследователи обратились к зебровым амадинам. В отличие от млекопитающих, эти маленькие певчие птицы подвергаются повсеместному нейрогенезу на протяжении всей своей жизни.
Бенджамин Скотт, доцент Бостонского университета и ведущий автор исследования, отмечает резкий эволюционный разрыв:
«Птицы, рептилии, рыбы — у всех них в передних отделах мозга на протяжении всей жизни происходит повсеместный нейрогенез. Именно у млекопитающих мы видим это ограничение».
Используя электронную микроскопию, Скотт и его команда наблюдали за тем, как новые нейроны перемещаются в мозге. Их выводы бросили вызов давним предположениям о том, как движутся клетки мозга:
- Отсутствие «каркаса»: Ранее ученые считали, что новые нейроны следуют по «глиальным каркасам» — уже существующим структурным путям, чтобы достичь цели.
- Агрессивное «прокладывание туннелей»: Вместо того чтобы следовать по готовым путям, новые нейроны, судя по всему, прокладывают себе путь напрямую сквозь сформированную нервную ткань.
- Физическая жесткость: В отличие от «мягких» и гибких зрелых нейронов, эти новые клетки более жесткие, что делает их перемещение более деструктивным.
Компромисс между ростом и стабильностью
Основная проблема, выявленная в ходе исследования, заключается в пространственном вытеснении. Поскольку мозг взрослого организма — это завершенная структура, не имеющая пространства для расширения, новые клетки не могут быть просто «добавлены» в систему; они должны буквально вытеснить себе место.
По мере того как эти новые жесткие нейроны прокладывают туннели в мозге, они давят на существующие связи, деформируют их и, возможно, разрушают те самые архитектурные узлы, из которых состоит мозг. Это ведет к серьезной биологической дилемме: сам процесс, призванный обновить мозг, может на самом деле его демонтировать.
Связь с памятью
Это открытие дает убедительное объяснение того, почему у млекопитающих могла развиться необходимость ограничивать нейрогенез. Если новые нейроны постоянно «ремоделируют» мозг, разрушая старые связи, они могут непреднамеренно стереть нейронные цепи, в которых хранятся долгосрочные воспоминания. С этой точки зрения, ограниченный нейрогенез у людей — это не недостаток, а защитный механизм, предназначенный для сохранения целостности накопленной информации.
Осторожность в сравнениях
Несмотря на революционность выводов, нейробиологи призывают к осторожности при прямом переносе этих результатов на биологию человека. Элиот Бреновиц, нейробиолог из Вашингтонского университета, не участвовавший в исследовании, отмечает, что структурная организация передних отделов мозга птиц и человека существенно различается. Хотя механизм «прокладывания туннелей» может быть схожим, степень воздействия на сложные нейронные цепи может отличаться у разных видов.
Заключение
Исследование позволяет предположить, что ограниченная способность млекопитающих создавать новые клетки мозга может быть эволюционным компромиссом: жертвовать обновлением нейронов ради защиты стабильности существующих воспоминаний и нейронных связей.
