Mózg to tak naprawdę dwa osobne narządy. Rewolucyjne odkrycie naukowców

Przez stulecia mózg uznawano za jeden spójny narząd o wspólnym pochodzeniu. Nowe badania prowadzone przez uczonych ze Stanford Medicine przewracają ten obraz. To, co nazywamy mózgiem, to w istocie dwa odrębne układy nerwowe, które ewoluowały niezależnie przez setki milionów lat.

Mamy dwa mózgi o osobnym pochodzeniu

– Po raz pierwszy pokazaliśmy, że przodomózgowie powstaje z zupełnie innej komórki macierzystej niż tyłomózgowie. Nasze odkrycie oznacza, że możemy teraz hodować neurony tyłomózgowia w laboratorium i badać ich funkcje – mówi dr Kyle Loh, główny autor badań.

Dorosły mózg ma trzy główne obszary: przodomózgowie, śródmózgowie i tyłomózgowie. Przodomózgowie odpowiada za wyższe funkcje poznawcze, takie jak język, świadomość i abstrakcyjne rozumowanie. Tyłomózgowie, potocznie nazywane pniem mózgu, steruje zaś podstawowymi, automatycznymi funkcjami utrzymującymi nas przy życiu: oddychaniem, snem, regulacją rytmu serca i uczucia głodu, a także mięśniami twarzy, języka i gardła, które wpływają na mowę i przełykanie. Śródmózgowie zajmuje się przetwarzaniem informacji z narządów zmysłów, regulacją temperatury ciała, koordynacją ruchów mięśni i cyklem dobowym.

Odmienny rozwój w fazie zarodka

Najnowsze odkrycie było możliwe dzięki badaniu najwcześniejszych chwil rozwoju zarodkowego, w fazie zwanej gastrulacją, gdy ciało dopiero się kształtuje. Analizując rozwijające się zarodki myszy uczeni zidentyfikowali dwie różne komórki macierzyste mózgu. Jedna z nich, wytwarzająca białko kodowane przez gen Otx2, ma stać się przodomózgowiem i śródmózgowiem, druga zaś, aktywująca gen Gbx2, jest przeznaczona do budowy tyłomózgowia.

Kluczowe okazało się to, że obie populacje komórek nigdy się nie mieszają. Są całkowicie odrębne od pierwszych stadiów rozwoju, a granica między nimi jest jednym z najwcześniejszych znanych sygnałów regionalizacji mózgu. – Wcześniejsze próby wyhodowania neuronów tyłomózgowia prawdopodobnie wykorzystywały komórki macierzyste przodomózgowia i śródmózgowia. A to, jak pokazuje nasze badanie, prowadzi donikąd. Dlatego przez dziesięciolecia naukowcy zaliczali frustrujące porażki – wyjaśnia dr Rayyan Jokhai, jeden z badaczy.

Zespół wyhodował neurony tyłomózgowia i cofnął się o 550 milionów lat

Dysponując tą wiedzą, badacze po raz pierwszy skutecznie skłonili ludzkie komórki pluripotencjalne, zdolne wytworzyć każdą komórkę organizmu, do przekształcenia się w funkcjonalne neurony ruchowe tyłomózgowia. Neurony wyhodowane w laboratorium wykazywały wszystkie cechy autentycznych komórek tyłomózgowia, w tym fale aktywności elektrycznej, czyli potencjały czynnościowe, oraz białka charakterystyczne dla odcinków sterujących mięśniami twarzy i przełykania.

Na koniec zespół cofnął się o ponad 550 milionów lat w czasie, analizując ewolucję układu nerwowego. Ten sam wzorzec mózgu o dwojakim pochodzeniu odnaleziono u kur, danio pręgowanego, a nawet u drobnych stworzeń żyjących na dnie oceanu, z którymi dzielimy odległego wspólnego przodka. Meduzy, których linia rozeszła się z ludzką około 600 do 700 milionów lat temu, mają dwa układy nerwowe na przeciwległych końcach ciała.

– Nasze badania sugerują, że ewolucja wzięła dwa istniejące układy nerwowe i przestrzennie je zespoliła. Mózg jako jeden narząd byłby prawdopodobnie wydajniejszy, ale my dysponujemy organem uformowanym z dwóch osobnych części – wyjaśnia dr Loh.

Odkrycie otwiera drogę do badań nad chorobami

Nowa wiedza ma praktyczne znaczenie dla badań nad chorobami atakującymi pień mózgu, takimi jak rdzeniowy zanik mięśni (SMA) oraz stwardnienie zanikowe boczne (ALS, znane też jako choroba Lou Gehriga – cierpiał na nią prof. Stephen Hawking). SMA jest jedną z głównych genetycznych przyczyn zgonów dzieci poniżej pierwszego roku życia, a ALS, zwykle diagnozowane między 40. a 70. rokiem życia, dotyka zarówno przodomózgowia, jak i tyłomózgowia. W obu schorzeniach pewne neurony tyłomózgowia stopniowo przestają działać, a chory traci kontrolę nad mięśniami i w końcu nawet zdolność samodzielnego oddychania.

Dotąd badanie tych chorób było niemal niemożliwe, ponieważ tkanki pnia mózgu nie da się pobrać od żyjących pacjentów. Możliwość hodowania takich neuronów w laboratorium otwiera nowe drogi do zrozumienia mechanizmów chorobowych. Istnieje też nieoczekiwany związek z leczeniem otyłości, bo tyłomózgowie zawiera obwody regulujące głód, na które działają leki odchudzające z grupy analogów GLP-1, takie jak semaglutyd (znany jako ozempic).

Umysł jak układanka

Co ciekawe, w psychologii od lat dyskutowana jest koncepcja mózgu modularnego. Zakłada ona, że mózg tak naprawdę nie jest pojedynczym narządem, lecz zbiorem mniejszych „modułów”. Każdy pełni inną funkcję: przechowuje wspomnienia, analizuje bodźce płynące z oczu, steruje nieświadomymi reakcjami mięśni itd.

Takich modułów mamy w głowie setki, a może nawet tysiące. Część z nich jest ze sobą powiązana, inne pracują zupełnie niezależnie, a nawet czasem wchodzą sobie w drogę (dlatego bywa, że działamy wbrew sobie, mówimy coś zanim pomyślimy czy przeżywany wewnętrzne konflikty).

Źródło: Nature Neuroscience

Chcesz znaleźć więcej inspirujących podróży, fascynujących odkryć i opowieści ze świata nauki? Skorzystaj ze specjalnej oferty prenumeraty magazynów National Geographic Polska i National Geographic Traveler.