Z pewnością często słyszałeś stwierdzenie: „Komórki nerwowe nie wracają do zdrowia”. Jednak ten jeden z popularnych nieporozumień został niedawno obalony przez naukowców.
15 października 1999 r. W czasopiśmie Science opublikowano badanie przeprowadzone przez Elizabeth Gould i Charlesa Grossa, pracowników Wydziału Psychologii Uniwersytetu Princeton. Okazało się, że mózg wielkich naczelnych produkuje kilka tysięcy nowych neuronów dziennie przez całe życie. Ten proces nazwano neurogenezą. W tym samym roku stwierdzono, że neurogeneza zachodzi również w ludzkim mózgu. Jednak sam proces został odkryty jeszcze wcześniej.
W 1965 r. Naukowiec Dzhokhev Altman odkrył ją w hipokampie (części mózgu) szczura, a 15 lat później pracownik Uniwersytetu Rockefellera Fernando Notteb odkrył ją na kanarkach. Według odkrycia Notteby ptaki śpiewające tworzą komórki nerwowe w „centrum głosowym” ich mózgu.
Niemniej, pomimo tego, że komórki nerwowe są odbudowywane, dbanie o neurony nie jest zbędne, ponieważ jak wiadomo często giną w warunkach silnego stresu, z urazami, zatruciami itp. Jednak funkcję martwych komórek nerwowych przejmują komórki żywe. … Tak więc jedna zdrowa komórka nerwowa może zastąpić do dziewięciu martwych.
Popularne wyrażenie „Komórki nerwowe nie wracają do zdrowia” jest postrzegane przez wszystkich już od dzieciństwa jako niezmienna prawda. Jednak ten aksjomat to nic innego jak mit, a nowe dane naukowe go obalają.
Natura stawia bardzo wysoki margines bezpieczeństwa w rozwijającym się mózgu: podczas embriogenezy powstaje duży nadmiar neuronów. Prawie 70% z nich umiera przed narodzinami dziecka. Ludzki mózg nadal traci neurony po urodzeniu, przez całe życie. Ta śmierć komórki jest zaprogramowana genetycznie. Oczywiście umierają nie tylko neurony, ale także inne komórki organizmu. Tylko wszystkie inne tkanki mają wysoką zdolność regeneracyjną, to znaczy ich komórki dzielą się, zastępując martwe. Proces regeneracji jest najbardziej aktywny w komórkach nabłonka i narządach krwiotwórczych (czerwony szpik kostny). Ale są komórki, w których geny odpowiedzialne za rozmnażanie przez podział są zablokowane. Oprócz neuronów komórki te obejmują komórki mięśnia sercowego. Jak ludziom udaje się zachować inteligencję do późnej starości,jeśli komórki nerwowe umierają i nie są odnawiane?
Film promocyjny:
Jedno z możliwych wyjaśnień: nie wszystkie neurony „pracują” jednocześnie w układzie nerwowym, ale tylko 10% neuronów. Fakt ten jest często cytowany w literaturze popularnej, a nawet naukowej. Wielokrotnie musiałem omawiać to stwierdzenie z moimi kolegami z kraju i zagranicy. I żaden z nich nie rozumie, skąd pochodzi ta liczba. Każda komórka żyje i „pracuje” w tym samym czasie. W każdym neuronie cały czas zachodzą procesy metaboliczne, syntetyzowane są białka, generowane i przekazywane są impulsy nerwowe. Dlatego zostawiając hipotezę neuronów „spoczynkowych”, przejdźmy do jednej z właściwości układu nerwowego, a mianowicie do jego wyjątkowej plastyczności.
Plastyczność polega na tym, że funkcje martwych komórek nerwowych przejmują ich „koledzy”, którzy przeżyli, powiększając się i tworząc nowe połączenia, kompensując utracone funkcje. Wysoką, ale nie nieograniczoną skuteczność takiej kompensacji ilustruje przykład choroby Parkinsona, w której następuje stopniowa śmierć neuronów. Okazuje się, że dopóki około 90% neuronów w mózgu nie obumrze, kliniczne objawy choroby (drżenie kończyn, ograniczenie ruchomości, chwiejny chód, demencja) nie pojawiają się, czyli osoba wygląda praktycznie zdrowo. Oznacza to, że jedna żywa komórka nerwowa może zastąpić dziewięć martwych.
Ale plastyczność układu nerwowego nie jest jedynym mechanizmem, który pozwala zachować inteligencję do dojrzałej starości. Natura ma też odwrót - pojawienie się nowych komórek nerwowych w mózgu dorosłych ssaków, czyli neurogenezę.
Pierwszy raport o neurogenezie pojawił się w 1962 roku w prestiżowym czasopiśmie naukowym Science. Artykuł nosił tytuł „Czy w mózgach dorosłych ssaków powstają nowe neurony?” Jego autor, profesor Joseph Altman z Purdue University (USA), przy pomocy prądu elektrycznego zniszczył jedną ze struktur mózgu szczura (boczne ciało kolczaste) i wstrzyknął tam substancję radioaktywną, która wnika do nowo powstających komórek. Kilka miesięcy później naukowiec odkrył nowe radioaktywne neurony we wzgórzu (część przodomózgowia) i korze mózgowej. W ciągu następnych siedmiu lat Altman opublikował kilka kolejnych badań potwierdzających istnienie neurogenezy w mózgu dorosłych ssaków. Jednak wtedy, w latach sześćdziesiątych XX wieku, jego praca wywołała jedynie sceptycyzm wśród neuronaukowców, ich rozwój nie nastąpił.
Dopiero dwadzieścia lat później neurogeneza została „odkryta na nowo”, ale już w mózgach ptaków. Wielu badaczy ptaków śpiewających zauważyło, że w każdym okresie godowym samiec kanarka Serinus canaria śpiewa piosenkę z nowymi „kolanami”. Co więcej, nie przyjmuje nowych trylów od swoich braci, ponieważ piosenki były aktualizowane w izolacji. Naukowcy rozpoczęli szczegółowe badania głównego ośrodka wokalnego ptaków, zlokalizowanego w specjalnej części mózgu i stwierdzili, że pod koniec okresu godowego (u kanarków przypada na sierpień i styczeń) znaczna część neuronów ośrodka głosowego obumarła, prawdopodobnie z powodu nadmiernego obciążenia funkcjonalnego … W połowie lat 80. pokazał się profesor Fernando Notteboom z Rockefeller University (USA)że u dorosłych kanarków samców proces neurogenezy zachodzi w ośrodku głosowym stale, ale liczba uformowanych neuronów podlega sezonowym wahaniom. Szczyt neurogenezy u kanarków występuje w październiku i marcu, czyli dwa miesiące po okresie godowym. Dlatego regularnie aktualizowana jest „biblioteka muzyczna” pieśni kanarka.
W późnych latach osiemdziesiątych neurogenezę odkryto również u dorosłych płazów w laboratorium leningradzkiego naukowca profesora A. L. Polenova.
Skąd pochodzą nowe neurony, jeśli komórki nerwowe się nie dzielą? Źródłem nowych neuronów zarówno u ptaków, jak i płazów okazały się neuronalne komórki macierzyste ze ścian komór mózgowych. Podczas rozwoju zarodka z tych komórek powstają komórki układu nerwowego: neurony i komórki glejowe. Jednak nie wszystkie komórki macierzyste zamieniają się w komórki układu nerwowego - niektóre z nich „chowają się” i czekają na skrzydłach.
Wykazano, że nowe neurony powstają z komórek macierzystych organizmu dorosłego oraz u niższych kręgowców. Jednak prawie piętnaście lat zajęło udowodnienie, że podobny proces zachodzi w układzie nerwowym ssaków.
Rozwój neuronauki na początku lat 90. XX wieku doprowadził do odkrycia „nowonarodzonych” neuronów w mózgach dorosłych szczurów i myszy. Znaleziono je głównie w ewolucyjnie starożytnych częściach mózgu: opuszkach węchowych i korze hipokampu, które są głównie odpowiedzialne za zachowania emocjonalne, reakcję na stres i regulację funkcji seksualnych ssaków.
Podobnie jak u ptaków i niższych kręgowców, u ssaków neuronalne komórki macierzyste zlokalizowane są w pobliżu bocznych komór mózgu. Ich przemiana w neurony jest bardzo intensywna. U dorosłych szczurów miesięcznie z komórek macierzystych powstaje około 250 000 neuronów, zastępując 3% wszystkich neuronów w hipokampie. Żywotność takich neuronów jest bardzo duża - do 112 dni. Neuronalne komórki macierzyste podróżują na dużą odległość (około 2 cm). Są również zdolne do migracji do opuszki węchowej, zamieniając się tam w neurony.
Opuszki węchowe mózgu ssaków są odpowiedzialne za percepcję i pierwotne przetwarzanie różnych zapachów, w tym za rozpoznawanie feromonów - substancji, które w swoim składzie chemicznym są zbliżone do hormonów płciowych. Zachowania seksualne gryzoni regulowane są przede wszystkim przez produkcję feromonów. Hipokamp znajduje się pod półkulami mózgowymi. Funkcje tej złożonej struktury są związane z tworzeniem pamięci krótkotrwałej, realizacją pewnych emocji i uczestnictwem w kształtowaniu zachowań seksualnych. Obecność stałej neurogenezy w opuszce węchowej i hipokampie u szczurów tłumaczy się faktem, że u gryzoni struktury te noszą główne obciążenie funkcjonalne. Dlatego komórki nerwowe w nich często umierają, co oznacza, że należy je odnowić.
Aby zrozumieć, jakie warunki wpływają na neurogenezę w hipokampie i opuszce węchowej, profesor Gage z Salk University (USA) zbudował miniaturowe miasto. Myszy bawiły się tam, ćwiczyły wychowanie fizyczne, szukały wyjść z labiryntów. Okazało się, że u myszy „miejskich” nowe neurony powstały w znacznie większej liczbie niż u ich biernych krewnych, pogrążonych w rutynowym życiu w wiwarium.
Komórki macierzyste można usunąć z mózgu i przeszczepić do innej części układu nerwowego, gdzie stają się neuronami. Profesor Gage i jego koledzy przeprowadzili kilka podobnych eksperymentów, z których najbardziej imponujące były następujące. Fragment tkanki mózgowej zawierający komórki macierzyste przeszczepiono do zniszczonej siatkówki oka szczura. (Światłoczuła wewnętrzna ściana oka ma pochodzenie „nerwowe”: składa się ze zmodyfikowanych neuronów - pręcików i czopków. Kiedy warstwa światłoczuła zostaje zniszczona, pojawia się ślepota.) Przeszczepione komórki macierzyste mózgu przekształciły się w neurony siatkówkowe, ich procesy dotarły do nerwu wzrokowego, a szczur odzyskał wzrok! Co więcej, podczas przeszczepiania mózgowych komórek macierzystych do oka nieuszkodzonego nie nastąpiły w nich żadne transformacje. Prawdopodobnie w przypadku uszkodzenia siatkówki powstają pewne substancje (np.tzw. czynniki wzrostu), które stymulują neurogenezę. Jednak dokładny mechanizm tego zjawiska nadal nie jest jasny.
Naukowcy stanęli przed zadaniem wykazania, że neurogeneza zachodzi nie tylko u gryzoni, ale także u ludzi. W tym celu badacze pod kierunkiem profesora Gage przeprowadzili niedawno rewelacyjną pracę. W jednej z amerykańskich klinik onkologicznych grupa pacjentów z nieuleczalnymi nowotworami złośliwymi przyjmowała bromodioksyurydynę do chemioterapii. Substancja ta ma ważną właściwość - zdolność gromadzenia się w dzielących się komórkach różnych narządów i tkanek. Bromodioksyurydyna jest włączana do DNA komórki macierzystej i jest przechowywana w komórkach potomnych po podziale komórek matki. Badania patologiczne wykazały, że neurony zawierające bromodioksyurydynę znajdują się w prawie wszystkich częściach mózgu, w tym w korze mózgowej. Zatem te neurony były nowymi komórkami, które wyłoniły się z podziału komórek macierzystych. Znalezisko bezwarunkowo potwierdziło, że proces neurogenezy zachodzi również u dorosłych. Ale jeśli u gryzoni neurogeneza zachodzi tylko w hipokampie, to u ludzi prawdopodobnie może obejmować bardziej rozległe obszary mózgu, w tym korę mózgową.
Ostatnie badania wykazały, że nowe neurony w dorosłym mózgu mogą powstawać nie tylko z neuronalnych komórek macierzystych, ale także z komórek macierzystych krwi. Odkrycie tego zjawiska wywołało euforię w świecie naukowym. Jednak publikacja w czasopiśmie „Nature” w październiku 2003 r. Na wiele sposobów ostudziła entuzjastyczne umysły. Okazało się, że komórki macierzyste krwi rzeczywiście przenikają do mózgu, ale nie zamieniają się w neurony, ale łączą się z nimi, tworząc komórki dwujądrowe. Następnie „stare” jądro neuronu zostaje zniszczone i zostaje zastąpione przez „nowe” jądro komórki macierzystej krwi. W organizmie szczura komórki macierzyste krwi łączą się głównie z olbrzymimi komórkami móżdżku - komórkami Purkinjego, chociaż zdarza się to dość rzadko: w całym móżdżku można znaleźć tylko kilka połączonych komórek. Intensywniejsza fuzja neuronów zachodzi w wątrobie i mięśniu sercowym. Nie jest jeszcze jasne, jakie jest w tym fizjologiczne znaczenie. Jedna z hipotez mówi, że komórki macierzyste krwi niosą ze sobą nowy materiał genetyczny, który wnikając do „starej” komórki móżdżku, przedłuża jej życie.
Tak więc nowe neurony mogą powstać z komórek macierzystych nawet w dorosłym mózgu. Zjawisko to jest już szeroko stosowane w leczeniu różnych chorób neurodegeneracyjnych (chorób, którym towarzyszy śmierć neuronów w mózgu). Preparaty komórek macierzystych do przeszczepu uzyskuje się na dwa sposoby. Pierwszym jest wykorzystanie neuronalnych komórek macierzystych, które znajdują się wokół komór mózgu zarówno u zarodka, jak i u osoby dorosłej. Drugie podejście polega na wykorzystaniu embrionalnych komórek macierzystych. Komórki te znajdują się w wewnętrznej masie komórek na wczesnym etapie tworzenia zarodka. Są w stanie przekształcić się w prawie każdą komórkę w ciele. Największym wyzwaniem w pracy z komórkami embrionalnymi jest przekształcenie ich w neurony. Umożliwiają to nowe technologie.
Niektóre szpitale w Stanach Zjednoczonych utworzyły już „biblioteki” neuronalnych komórek macierzystych pochodzących z tkanki embrionalnej i są przeszczepiane pacjentom. Pierwsze próby przeszczepu dają pozytywne rezultaty, choć dzisiaj lekarze nie potrafią rozwiązać głównego problemu takich przeszczepów: nieograniczone namnażanie komórek macierzystych w 30-40% przypadków prowadzi do powstania nowotworów złośliwych. Jak dotąd nie znaleziono żadnego podejścia, które zapobiegałoby temu efektowi ubocznemu. Mimo to przeszczep komórek macierzystych będzie niewątpliwie jednym z głównych podejść do leczenia takich chorób neurodegeneracyjnych, jak choroba Alzheimera i Parkinsona, które stały się plagą krajów rozwiniętych.
Tkanka nerwowa jest odbudowywana w każdym wieku - zapewnił słynny niemiecki neurobiolog, profesor Uniwersytetu w Getyndze Harold Huther. - W wieku 20 lat proces jest intensywny, a po 70 - powoli. Ale to działa.
Naukowiec jako przykład przytoczył obserwacje kanadyjskich kolegów starszych zakonnic - 100 lat i więcej. Rezonans magnetyczny wykazał: ich mózgi są w porządku - brak objawów demencji starczej.
A cała sprawa, zdaniem profesora, dotyczy sposobu życia i myślenia tych kobiet, które dosłownie przywracają swoje struktury mózgowe i przewodnictwo. I podobny cud dzieje się dzięki temu, że zakonnice są skromne, mają stabilne wyobrażenia o strukturze świata, aktywnej pozycji życiowej i modlą się, mając nadzieję na zmianę ludzi na lepsze.
Huther wyjaśnił, że głównym niszczycielem komórek nerwowych jest stres, który również ogranicza zdolność mózgu do regeneracji. I sprzyja temu harmonia z samym sobą. I tak radzi profesor w tym zakresie: mierzyć sny z rzeczywistością, umieć organizować swoje życie, a nie iść, jak mówią, z nurtem, zrozumieć sens życia - przynajmniej własnego, mieć silne więzi społeczne - dobre relacje z tyloma ludzie - szczególnie bliscy.
I dalej. Według Hutera nic nie pomaga w regeneracji komórek nerwowych bardziej niż problem, na który dana osoba znalazła rozwiązanie. Aby problemy nie były zbyt uciążliwe, profesor radzi się czegoś nauczyć. Nawet w podeszłym wieku. Aby zachować smak życia.
Tempo regeneracji komórek nerwowych zostało zmierzone przez szwedzkich naukowców z Instytutu Karolinska. Okazało się, że dziennie może dotrzeć do 700 nowych neuronów.
Naukowcom pomogły … naziemne testy jądrowe, które przeprowadzono w latach 50. ubiegłego wieku. Następnie silnie zanieczyścili środowisko radioaktywnym izotopem - węglem-14. Ale jego poziom spadł po detonacji bomb atomowych w atmosferze, został zakazany w 1963 roku.
Komórki nerwowe ludzi, którzy złapali naziemne eksplozje jądrowe, „zassały” izotop w zwiększonym stężeniu. Jest osadzony w niciach DNA. Naukowcy wykorzystali go do tak zwanego datowania radiowęglowego żywych tkanek. Węgiel-14 umożliwił określenie wieku komórek. Okazało się, że one - komórki nerwowe - pojawiały się w różnym czasie. Oznacza to, że wraz ze starymi narodziły się nowe.
Podobnie Kanadyjczycy z University of Toronto wykazali, że komórki mięśnia sercowego są zdolne do regeneracji. Żywa pompa 25-letniego mężczyzny jest w stanie wyprodukować nowonarodzone komórki w ilości do 1% masy narządu rocznie. W wieku 75 lat produktywność „fabryki” spada do 0,45%. Ale w ogóle nie znika.
Dlaczego prawie nie pamiętamy swojego dzieciństwa?
Wygląda na to, że kanadyjscy naukowcy z Laboratorium Neurobiologii w Hospital for Sick Children w Toronto zorientowali się, dlaczego większość dorosłych nie pamięta, co się z nimi stało w pierwszych trzech latach życia.
„Nie chodzi o to, że dzieci nie są dobre w tworzeniu wspomnień” - mówi Katherine Akers, jedna z autorek badania. Bardzo dobrze kształtują. Kiedy moja córka miała 3 lata, zabrałem ją do zoo. Opowiedziała szczegółowo o wszystkim, co widziała. Teraz ma 5 lat - w ogóle nie pamięta, że była w zoo.
Eksperymenty wykazały, że dawne wydarzenia wymazane są z pamięci. Są usuwane podczas narodzin nowych komórek mózgowych.
Pijesz i stajesz się mądrzejszy?
Ci sami szwedzcy naukowcy doszli do zaskakującego wniosku. Jeśli wierzyć skandalicznym wynikom ich ostatnich badań, nowe komórki nerwowe również rosną w wyniku regularnego picia. Rosną nie tylko w dowolnym miejscu, ale w głowie - wydawałoby się, najbardziej wrażliwej części ciała alkoholików.
Jednak naukowcy zdenerwowani, nie wszystko jest tak bezchmurne. Wraz z komórkami rośnie apetyt na alkohol. W szwedzkich eksperymentach myszy, a mianowicie były one podlewane, były rzeczywiście wzbogacane komórkami nerwowymi. Ale jednocześnie zaczęli woleli wódkę od wody. Według profesora Stephena Brina, szefa badań, wyjaśnia to fakt, że ludzie dość szybko mogą przejść od umiarkowanego spożycia alkoholu do nieskrępowanego picia.