Νέα ανακάλυψη για τον εγκέφαλο: Έχει δύο διαφορετικές εξελικτικές «ρίζες»
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί να μην αποτελεί το ενιαίο όργανο που περιγράφουν εδώ και δεκαετίες τα επιστημονικά εγχειρίδια. Νέα έρευνα με επικεφαλής επιστήμονες της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Stanford υποστηρίζει ότι πίσω από τη φαινομενική ενότητά του βρίσκονται δύο αρχαία νευρικά συστήματα με διαφορετική αναπτυξιακή προέλευση.
Με απλά λόγια, ο εγκέφαλος φαίνεται να διαθέτει δύο ξεχωριστές «ρίζες». Η μία οδηγεί στον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο, δηλαδή στις περιοχές που συνδέονται με τη γλώσσα, τη συνείδηση και την αφηρημένη σκέψη. Η δεύτερη σχηματίζει τον οπίσθιο εγκέφαλο, ο οποίος συμμετέχει στη ρύθμιση ζωτικών λειτουργιών, όπως η αναπνοή, ο ύπνος, η κατάποση και ο καρδιακός παλμός.
Η ανακάλυψη, την οποία παρουσιάζει η επιστημονική επιθεώρηση «Nature Neuroscience», αμφισβητεί το κυρίαρχο μοντέλο ανάπτυξης του εγκεφάλου. Παράλληλα, προσφέρει στους επιστήμονες ένα νέο εργαστηριακό εργαλείο για τη μελέτη σοβαρών νευροεκφυλιστικών παθήσεων, μεταξύ των οποίων η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) και η νωτιαία μυϊκή ατροφία (SMA).
Δύο «εγκέφαλοι» μέσα σε ένα όργανο;
Μέχρι σήμερα, οι περισσότεροι ερευνητές θεωρούσαν ότι ένα κοινό πρόδρομο κύτταρο δημιουργεί σταδιακά όλες τις περιοχές του εγκεφάλου. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, ο πρόσθιος, ο μέσος και ο οπίσθιος εγκέφαλος αποτελούσαν κλαδιά του ίδιου αναπτυξιακού «δέντρου».
Η ομάδα του Stanford προτείνει μια διαφορετική εικόνα. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι δύο πληθυσμοί πρόδρομων νευρικών κυττάρων εμφανίζονται παράλληλα κατά τα πρώτα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης. Επιπλέον, κάθε πληθυσμός ακολουθεί από την αρχή τη δική του πορεία.
Ο ένας πληθυσμός εκφράζει το γονίδιο Otx2 και σχηματίζει τον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο. Ο δεύτερος εκφράζει το Gbx2 και οδηγεί στη δημιουργία του οπίσθιου εγκεφάλου. Σύμφωνα με τα πειράματα, οι δύο κυτταρικές ομάδες δεν επικαλύπτονται και δεν αλλάζουν αναπτυξιακή κατεύθυνση.
Τι ελέγχει κάθε περιοχή του εγκεφάλου
Ο ενήλικος εγκέφαλος χωρίζεται σε τρεις βασικές περιοχές: τον πρόσθιο, τον μέσο και τον οπίσθιο εγκέφαλο.
Ο πρόσθιος εγκέφαλος υποστηρίζει ορισμένες από τις πιο σύνθετες ανθρώπινες λειτουργίες. Μας επιτρέπει να επεξεργαζόμαστε τη γλώσσα, να σχεδιάζουμε, να παίρνουμε αποφάσεις και να αναπτύσσουμε αφηρημένη σκέψη. Με άλλα λόγια, συμμετέχει στις λειτουργίες που μας επιτρέπουν να γράφουμε ποίηση, να λύνουμε μαθηματικά προβλήματα και να αναρωτιόμαστε για την προέλευσή μας.
Αντίθετα, ο οπίσθιος εγκέφαλος περιλαμβάνει περιοχές που υποστηρίζουν βασικές και σε μεγάλο βαθμό αυτόματες λειτουργίες. Νευρωνικά κυκλώματα της περιοχής συμβάλλουν στην αναπνοή, στον ύπνο, στη ρύθμιση του καρδιακού παλμού και στο αίσθημα της πείνας.
Παράλληλα, νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου ελέγχουν τους μύες του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού. Έτσι, επηρεάζουν άμεσα την ομιλία, την έκφραση του προσώπου και την κατάποση.
Η απάντηση κρυβόταν στη γαστριδίωση
Για να εντοπίσουν τη διαφορετική προέλευση των δύο συστημάτων, οι ερευνητές εστίασαν στη γαστριδίωση. Πρόκειται για ένα από τα πρώτα και σημαντικότερα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, όταν το σώμα αρχίζει να αποκτά τη βασική του οργάνωση.
Η ομάδα παρακολούθησε την ανάπτυξη εμβρύων ποντικών και χαρτογράφησε τη συμπεριφορά των πρόδρομων νευρικών κυττάρων. Παράλληλα, εξέτασε τη χρωματίνη τους, δηλαδή τον τρόπο με τον οποίο το DNA οργανώνεται μέσα στα κύτταρα και καθορίζει ποια γονίδια μπορούν να ενεργοποιηθούν.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ουσιαστικές διαφορές ανάμεσα στο πρόσθιο και το οπίσθιο νευρικό εξώδερμα. Αυτές οι διαφορές φαίνεται ότι «κλειδώνουν» πολύ νωρίς την ταυτότητα κάθε κυττάρου και το κατευθύνουν προς συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου.
Μια ιστορία που ξεκινά πριν από 550 εκατομμύρια χρόνια
Οι επιστήμονες δεν περιορίστηκαν στα έμβρυα ποντικών. Αναζήτησαν το ίδιο αναπτυξιακό μοτίβο σε οργανισμούς που καλύπτουν περισσότερα από 550 εκατομμύρια χρόνια εξελικτικής ιστορίας.
Εντόπισαν αντίστοιχη διπλή οργάνωση σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και σκουλήκια βελανιδιού, μικρούς θαλάσσιους οργανισμούς που μοιράζονται έναν πολύ μακρινό κοινό πρόγονο με τον άνθρωπο.
Ακόμη και οι μέδουσες, οι οποίες απομακρύνθηκαν από τη δική μας εξελικτική γραμμή πριν από περίπου 600 έως 700 εκατομμύρια χρόνια, διαθέτουν δύο νευρικά συστήματα σε διαφορετικά άκρα του σώματός τους.
Οι ερευνητές εκτιμούν, λοιπόν, ότι η εξέλιξη μπορεί να έφερε σταδιακά κοντά δύο προϋπάρχοντα νευρικά συστήματα. Με το πέρασμα εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, αυτά οργανώθηκαν σε ένα ενιαίο και εξαιρετικά σύνθετο όργανο.
Ανθρώπινοι νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο
Η ανακάλυψη δεν περιορίζεται στη θεωρητική κατανόηση της εξέλιξης του εγκεφάλου. Οι επιστήμονες αξιοποίησαν τα νέα δεδομένα για να πετύχουν κάτι που παρέμενε εξαιρετικά δύσκολο: να δημιουργήσουν λειτουργικούς ανθρώπινους κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, τα οποία μπορούν να εξελιχθούν σχεδόν σε οποιονδήποτε κυτταρικό τύπο. Στη συνέχεια, καθοδήγησε τα κύτταρα από τα πρώτα κιόλας αναπτυξιακά στάδια προς τη σωστή νευρική ταυτότητα.
Οι εργαστηριακοί νευρώνες εμφάνισαν ηλεκτρική δραστηριότητα και παρήγαγαν πρωτεΐνες που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένα τμήματα του οπίσθιου εγκεφάλου. Μάλιστα, αντιστοιχούσαν σε περιοχές που ελέγχουν τους μύες του προσώπου και της κατάποσης.
Νέος δρόμος για την έρευνα σε ALS και μυϊκή ατροφία
Οι γιατροί δεν μπορούν να πάρουν ιστό από το εγκεφαλικό στέλεχος ενός ζωντανού ασθενούς χωρίς να θέσουν σε κίνδυνο ζωτικές λειτουργίες. Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες δυσκολεύονται να παρακολουθήσουν τον τρόπο με τον οποίο ξεκινούν και εξελίσσονται παθήσεις όπως η ALS και η νωτιαία μυϊκή ατροφία.
Τώρα, η δυνατότητα δημιουργίας των συγκεκριμένων νευρώνων στο εργαστήριο μπορεί να επιτρέψει στους ερευνητές να μελετήσουν την ασθένεια κύτταρο προς κύτταρο. Επιπλέον, μπορούν να δοκιμάσουν υποψήφιες θεραπείες σε ανθρώπινα κυτταρικά μοντέλα προτού προχωρήσουν σε κλινικές μελέτες.
Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ
- 58 λεπτά πριν Νέα ανακάλυψη για τον εγκέφαλο: Έχει δύο διαφορετικές εξελικτικές «ρίζες»
- 2 ώρες πριν Συντάξεις 2027: Αυξήσεις έως 33 ευρώ τον μήνα – Συνολικό όφελος έως 772 ευρώ με το επίδομα των 400 ευρώ
- 2 ώρες πριν Καιρός σήμερα 19/09: «Διπρόσωπο» Σάββατο με 32άρια και τοπικές βροχές – Πού θα φυσήξει έως 6 μποφόρ