Olet varmasti kuullut usein lausunnon: "Hermosolut eivät toistu." Tämä yksi suosituista väärinkäsityksistä on kuitenkin tutkijat äskettäin kumoaneet.
Science-lehti julkaisi 15. lokakuuta 1999 Princetonin yliopiston psykologian laitoksen työntekijöiden Elizabeth Gouldin ja Charles Grossin tutkimuksen. Se osoitti, että apinoiden aivot tuottavat useita tuhansia uusia neuroneja päivässä koko elämän ajan. Tätä prosessia on kutsuttu neurogeneesiksi. Samana vuonna todettiin, että neurogeneesi tapahtuu myös ihmisen aivoissa. Itse prosessi löydettiin kuitenkin jo aikaisemmin.
Vuonna 1965 tiedemies Dzhokhev Altman löysi sen rotan hippokampuksesta (aivojen osa), ja 15 vuotta myöhemmin Rockefellerin yliopiston työntekijä Fernando Notteb löysi sen kanariansaarilla. Notteban löytön mukaan laululintujen hermosolut muodostuvat heidän aivojensa "äänikeskukseen".
Siitä huolimatta, että hermosolut palautuvat, ei ole turhaa huolehtia hermosoluista, koska kuten tiedät, ne kuolevat usein vakavan stressin olosuhteissa, joissa on vammoja, myrkytyksiä jne. Elävät solut ottavat kuitenkin vastaan kuolleiden hermosolujen toiminnan. … Joten yksi terve hermosolu voi korvata jopa yhdeksän kuollutta.
Suosittu ilmaisu "Hermosolut eivät toipu" koetaan kaikkien lapsuudesta lähtien muuttumattomana totuutena. Tämä aksioma on kuitenkin vain myytti, ja uudet tieteelliset tiedot kumoavat sen.
Luonto asettaa erittäin korkean turvamarginaalin kehittyviin aivoihin: alkiongeneesin aikana muodostuu suuri ylimäärä neuroneja. Lähes 70% heistä kuolee ennen lapsen syntymää. Ihmisen aivot menettävät edelleen neuroneja syntymänsä jälkeen, koko elämän ajan. Tämä solukuolema on ohjelmoitu geneettisesti. Tietysti kuolevat paitsi hermosolut myös muut kehon solut. Vain kaikilla muilla kudoksilla on korkea regeneratiivisuus, eli niiden solut jakautuvat ja korvaavat kuolleet. Regeneraatioprosessi on aktiivisinta epiteelisoluissa ja hematopoieettisissa elimissä (punainen luuydin). Mutta on soluja, joissa jakautumisesta vastaavat geenit ovat estettyjä. Neuronien lisäksi näihin soluihin kuuluu sydänlihassoluja. Kuinka ihmiset onnistuvat säilyttämään älykkyyden hyvin vanhuuteen saakkajos hermosolut kuolevat eivätkä uusiudu?
Mainosvideo:
Yksi mahdollisista selityksistä: kaikki hermosolut eivät "toimi" samanaikaisesti hermostossa, mutta vain 10% hermosoluista. Tämä tosiasia mainitaan usein suositussa ja jopa tieteellisessä kirjallisuudessa. Olen toistuvasti joutunut keskustelemaan tästä lausunnosta kotimaisten ja ulkomaisten kollegojeni kanssa. Ja kukaan heistä ei ymmärrä, mistä tämä luku on peräisin. Mikä tahansa solu elää ja "toimii" samaan aikaan. Kussakin neuronissa metaboliset prosessit tapahtuvat koko ajan, proteiinit syntetisoidaan, hermoimpulsseja syntyy ja välitetään. Siksi, jättäen "lepäävien" hermosolujen hypoteesin, kääntykäämme hermoston yhden ominaisuuksien, nimittäin sen poikkeuksellisen plastisuuden suhteen.
Plastiikkuuden tarkoitus on, että kuolleiden hermosolujen toiminnot ottavat vastaan elossa olevat "kollegat", jotka kasvavat kooltaan ja muodostavat uusia yhteyksiä kompensoiden menetettyjä toimintoja. Tällaisen korvauksen korkea, mutta ei rajoittamaton, tehokkuus voidaan havainnollistaa esimerkillä Parkinsonin taudista, jossa neuronit kuolevat asteittain. On käynyt ilmi, että kunnes noin 90% aivojen neuroneista kuolee, taudin kliiniset oireet (raajojen vapina, liikkumisrajoitukset, epävakaa kävely, dementia) eivät näy, eli henkilö näyttää käytännöllisesti terveeltä. Tämä tarkoittaa, että yksi elävä hermosolu voi korvata yhdeksän kuollutta.
Mutta hermoston plastisuus ei ole ainoa mekanismi, jonka avulla voit säilyttää älykkyyden vanhuuteen asti. Luonnolla on myös takaisku - uusien hermosolujen syntyminen aikuisten nisäkkäiden aivoihin tai neurogeneesi.
Ensimmäinen raportti neurogeneesistä ilmestyi vuonna 1962 arvostetussa Science-lehdessä Science. Artikkelin otsikko oli "Muodostuvatko uudet neuronit aikuisten nisäkkäiden aivoihin?" Sen kirjoittaja, professori Joseph Altman Purdue-yliopistosta (USA), tuhosi sähkövirran avulla yhden rotan aivorakenteista (lateraalinen genikulaattirunko) ja ruiskutti sinne radioaktiivista ainetta, joka tunkeutuu vasta syntyviin soluihin. Muutamaa kuukautta myöhemmin tutkija löysi uusia radioaktiivisia hermosoluja talamuksesta (osa aivoja) ja aivokuoresta. Seuraavien seitsemän vuoden aikana Altman julkaisi useita muita tutkimuksia, jotka osoittivat neurogeneesin olemassaolon aikuisten nisäkkäiden aivoissa. Kuitenkin silloin, 1960-luvulla, hänen työnsä aiheutti vain epäilyjä neurotieteilijöiden keskuudessa, niiden kehitys ei seurannut.
Ja vasta kaksikymmentä vuotta myöhemmin neurogeneesi "löydettiin uudelleen", mutta jo lintujen aivoissa. Monet laululintututkijat ovat huomanneet, että jokaisen parittelukauden aikana urospuolinen kanarialintu Serinus canaria laulaa kappaleen uusilla "polvilla". Lisäksi hän ei hyväksy veljiltään uusia trilejä, koska kappaleet päivitettiin erikseen. Tutkijat alkoivat tutkia yksityiskohtaisesti lintujen tärkeintä äänikeskusta, joka sijaitsee erityisessä aivojen osassa, ja havaitsivat, että parittelukauden lopussa (kanarialla se putoaa elokuussa ja tammikuussa) merkittävä osa äänikeskuksen neuroneista kuoli, todennäköisesti liiallisen toiminnallisen kuormituksen vuoksi … 1980-luvun puolivälissä professori Fernando Notteboom Rockefellerin yliopistosta (USA) onnistui näyttämäänettä aikuisilla mieskanarilla neurogeneesiprosessi tapahtuu äänikeskuksessa jatkuvasti, mutta muodostuneiden hermosolujen määrä riippuu kausivaihteluista. Kanariansaarten neurogeneesin huippu tapahtuu loka- ja maaliskuussa eli kaksi kuukautta parittelukausien jälkeen. Siksi kanarien mieslaulujen "musiikkikirjasto" päivitetään säännöllisesti.
1980-luvun lopulla neurogeneesi havaittiin myös aikuisilla sammakkoeläimillä Leningradin tutkijan professori A. L. Polenovin laboratoriossa.
Mistä uudet neuronit tulevat, jos hermosolut eivät jakaudu? Sekä lintujen että sammakkoeläinten uusien hermosolujen lähde osoittautui aivokammioiden seinämän hermosolujen kantasoluiksi. Alkion kehityksen aikana hermoston solut muodostuvat näistä soluista: hermosolut ja gliasolut. Mutta kaikki kantasolut eivät muutu hermoston soluiksi - jotkut niistä "piiloutuvat" ja odottavat siivissä.
On osoitettu, että uusia hermosoluja syntyy aikuisen organismin kantasoluista ja alemmista selkärankaisista. Kesti kuitenkin lähes viisitoista vuotta sen todistamiseksi, että samanlainen prosessi tapahtuu nisäkkään hermostossa.
Neurotieteen kehitys 1990-luvun alussa johti "vastasyntyneiden" neuronien löytämiseen aikuisten rottien ja hiirten aivoissa. Niitä löydettiin enimmäkseen evoluution muinaisista aivojen osista: hajusipulista ja hippokampuksen aivokuoresta, jotka ovat pääasiassa vastuussa emotionaalisesta käyttäytymisestä, stressivasteesta ja nisäkkäiden seksuaalisten toimintojen säätelystä.
Aivan kuten linnuilla ja alemmilla selkärankaisilla, nisäkkäillä hermosolujen kantasolut sijaitsevat lähellä aivojen sivukammioita. Niiden muuntuminen neuroneiksi on erittäin intensiivistä. Aikuisilla rotilla kantasoluista muodostuu noin 250 000 neuronia kuukaudessa, mikä korvaa 3% kaikista hippokampuksen neuroneista. Tällaisten hermosolujen elinikä on erittäin korkea - jopa 112 päivää. Neuronaaliset kantasolut kulkevat pitkälle (noin 2 cm). Ne pystyvät myös siirtymään hajusipuliin ja muuttumaan siellä neuroneiksi.
Nisäkkäiden aivojen hajusipulit ovat vastuussa erilaisten hajujen havaitsemisesta ja primaarisesta käsittelystä, mukaan lukien feromonien - aineiden, jotka kemiallisessa koostumuksessaan ovat lähellä sukupuolihormoneja, tunnistamisen. Jyrsijöiden seksuaalista käyttäytymistä säätelee pääasiassa feromonien tuotanto. Hippokampus sijaitsee aivopuoliskojen alla. Tämän monimutkaisen rakenteen toiminnot liittyvät lyhytaikaisen muistin muodostumiseen, tiettyjen tunteiden toteutumiseen ja osallistumiseen seksuaalisen käyttäytymisen muodostumiseen. Jatkuvan neurogeneesin läsnäolo hajun sipulissa ja hippokampuksessa rotilla selitetään sillä, että jyrsijöillä näillä rakenteilla on suurin toiminnallinen kuormitus. Siksi niissä olevat hermosolut kuolevat usein, mikä tarkoittaa, että niitä on uudistettava.
Professori Gage Salkin yliopistosta (USA) rakensi miniatyyrikaupungin ymmärtääkseen, mitkä olosuhteet vaikuttavat hippokampuksen ja hajujen sipulin neurogeneesiin. Hiiret pelasivat siellä, harjoittivat liikuntaa, etsivät uloskäyntejä labyrinteistä. Kävi ilmi, että "kaupunkimaisissa" hiirissä uusia hermosoluja syntyi paljon enemmän kuin heidän passiivisissa sukulaisissaan, jotka olivat uppoutuneet rutiininomaiseen elämään vivariumissa.
Kantasolut voidaan poistaa aivoista ja siirtää toiseen hermoston osaan, jossa niistä tulee neuroneja. Professori Gage ja hänen kollegansa tekivät useita vastaavia kokeita, joista vaikuttavin oli seuraava. Kantasoluja sisältävä aivokudoksen osa siirrettiin rotan silmän tuhoutuneeseen verkkokalvoon. (Silmän valoherkällä sisäseinällä on "hermostunut" alkuperä: se koostuu modifioiduista hermosoluista - sauvoista ja kartioista. Kun valoherkkä kerros tuhoutuu, sokeus alkaa.) Siirretyt aivojen kantasolut muuttuivat verkkokalvon hermosoluiksi, niiden prosessit saavuttivat näköhermon ja rotta palasi näköön! Lisäksi aivojen kantasolujen siirron aikana ehjään silmään ei tapahtunut muutoksia. Todennäköisesti, kun verkkokalvo on vaurioitunut, syntyy joitain aineita (esimerkiksikasvutekijät), jotka stimuloivat neurogeneesiä. Tämän ilmiön tarkka mekanismi ei kuitenkaan ole vielä selvä.
Tutkijoiden oli tehtävä tehtävä osoittaa, että neurogeneesi esiintyy paitsi jyrsijöillä myös ihmisillä. Tätä varten tutkijat suorittivat professori Gagen johdolla äskettäin sensaatiotyötä. Yhdessä amerikkalaisesta onkologisesta klinikasta ryhmä potilaita, joilla on parantumattomia pahanlaatuisia kasvaimia, otti kemoterapialääkettä bromodioxyuridiinia. Tällä aineella on tärkeä ominaisuus - kyky kerääntyä erilaisten elinten ja kudosten jakautuviin soluihin. Bromidiooksiuridiini sisällytetään emosolun DNA: han ja varastoidaan tytärsoluihin äidin solujen jakautumisen jälkeen. Patologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että bromidiooksiuridiinia sisältäviä neuroneja esiintyy melkein kaikissa aivojen osissa, myös aivokuoressa. Joten nämä neuronit olivat uusia soluja, jotka syntyivät kantasolujen jakautumisesta. Löytö vahvisti ehdoitta, että neurogeneesiprosessi tapahtuu myös aikuisilla. Mutta jos jyrsijöissä neurogeneesi esiintyy vain hippokampuksessa, niin ihmisillä on todennäköistä, että se voi vangita laajemmat aivojen alueet, mukaan lukien aivokuori.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että aikuisten aivojen uusia hermosoluja voidaan muodostaa paitsi hermosolujen kantasoluista myös veren kantasoluista. Tämän ilmiön löytäminen aiheutti euforiaa tiedemaailmassa. Luonto-lehden julkaisu lokakuussa 2003 kuitenkin jäähdytti innostuneita mieliä monin tavoin. Kävi ilmi, että veren kantasolut tunkeutuvat todellakin aivoihin, mutta ne eivät muutu neuroneiksi, vaan sulautuvat niiden kanssa muodostaen kaksisydämisiä soluja. Sitten neuronin "vanha" ydin tuhoutuu ja se korvataan veren kantasolun "uudella" ytimellä. Rotan kehossa veren kantasolut sulautuvat pääasiassa pikkuaivojen jättimäisten solujen - Purkinje-solujen kanssa, vaikka sitä tapahtuu melko harvoin: koko aivoista löytyy vain muutama fuusioitunut solu. Maksan ja sydämen lihaksissa tapahtuu voimakkaampaa neuronien fuusio. Ei ole vielä selvää, mikä fysiologinen merkitys tässä on. Yksi hypoteeseista on, että veren kantasolut kuljettavat mukanaan uutta geneettistä materiaalia, joka "vanhaan" pikkuaivosoluun siirtyessään pidentää sen ikää.
Joten uusia hermosoluja voi syntyä kantasoluista jopa aikuisen aivoissa. Tätä ilmiötä käytetään jo laajalti erilaisten neurodegeneratiivisten sairauksien (sairauksien, joihin liittyy aivojen neuronien kuolema) hoitoon. Kantasoluvalmisteet siirtoa varten saadaan kahdella tavalla. Ensimmäinen on hermosolujen kantasolujen käyttö, jotka sijaitsevat aivokammioiden ympärillä sekä alkiossa että aikuisessa. Toinen lähestymistapa on alkion kantasolujen käyttö. Nämä solut sijaitsevat sisemmässä solumassassa alkion muodostumisen varhaisessa vaiheessa. Ne pystyvät muuttumaan melkein mihin tahansa kehon soluun. Suurin haaste alkiosolujen kanssa on saada ne muuttumaan neuroneiksi. Uudet tekniikat mahdollistavat tämän.
Jotkut Yhdysvaltain sairaalat ovat jo muodostaneet "kirjastoja" hermosolujen kantasoluista, jotka ovat peräisin alkion kudoksesta, ja niitä siirretään potilaisiin. Ensimmäiset siirtoyritykset tuottavat positiivisia tuloksia, vaikka nykyään lääkärit eivät pysty ratkaisemaan tällaisten elinsiirtojen pääongelmaa: kantasolujen runsas lisääntyminen 30–40 prosentissa tapauksista johtaa pahanlaatuisten kasvainten muodostumiseen. Tähän mennessä ei ole löydetty lähestymistapaa tämän sivuvaikutuksen estämiseksi. Siitä huolimatta kantasolujen siirto on epäilemättä yksi tärkeimmistä lähestymistavoista sellaisten neurodegeneratiivisten sairauksien, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin taudin, hoidossa, joista on tullut kehittyneiden maiden vitsaus.
Hermokudos palautuu missä tahansa iässä, - vakuutti kuuluisa saksalainen neurotieteilijä Göttingenin yliopiston professori Harold Huther. - 20-vuotiaana prosessi on intensiivinen ja 70-vuotiaana - hitaasti. Mutta se menee.
Tutkija mainitsi esimerkkinä kanadalaisten kollegoiden havainnon ikääntyneistä nunnista - 100 vuotta tai enemmän. Magneettikuvaus osoitti: heidän aivonsa ovat kunnossa - ei seniilin dementian ilmenemismuotoja.
Ja koko asia on professorin mukaan näiden naisten elämäntavoissa ja ajattelussa, jotka kirjaimellisesti palauttavat aivorakenteet ja johtokykynsä. Ja samanlainen ihme tapahtuu, koska nunnat ovat vaatimattomia, heillä on vakaat ajatukset maailman rakenteesta, aktiivinen elämänasento ja rukoilevat toivoen muuttavansa ihmisiä parempaan suuntaan.
Huther selitti, että hermosolujen pääasiallinen tuhoaja on stressi, joka myös estää aivojen kykyä uusiutua. Ja harmonia itsensä kanssa myötävaikuttaa siihen. Ja tätä professori neuvoo tässä suhteessa: mitata unelmia todellisuudella, pystyä järjestämään elämäsi ja olemaan menemättä, kuten sanotaan, virtauksen kanssa, ymmärtämään elämän - ainakin omasi, vahvojen sosiaalisten yhteyksien - hyvät suhteet moniin ihmisiin ihmiset - varsinkin läheiset.
Ja kauemmas. Huterin mukaan mikään ei auta hermosolujen uudistumista enemmän kuin ongelma, johon henkilö on löytänyt ratkaisun. Ja jotta ongelmat eivät ole liian rasittavia, professori suosittelee oppimaan jotain. Jopa vanhuudessa. Pitää maun elämää.
Karolinska-instituutin ruotsalaiset tutkijat mittaivat hermosolujen uusiutumisnopeuden. Kävi ilmi, että se voi tavoittaa 700 uutta neuronia päivässä.
Tutkijoita auttoivat … maanpäälliset ydinkokeet, jotka tehtiin viime vuosisadan 50-luvulla. Sitten he saastuttivat voimakkaasti ympäristön radioaktiivisella isotoopilla - hiili-14. Mutta sen taso laski sen jälkeen, kun se kiellettiin räjähtämään atomipommeja ilmakehässä vuonna 1963.
Maapallon ydinräjähdysten saaneiden ihmisten hermosolut "imivät" isotoopin lisääntyneenä pitoisuutena. Se on upotettu DNA-säikeisiin. Tutkijat käyttivät sitä elävien kudosten ns. Radiohiilidatointiin. Hiili-14 mahdollisti solujen iän määrittämisen. Ja kävi ilmi, että ne - hermosolut - ilmestyivät eri aikoina. Toisin sanoen vanhojen kanssa syntyi uusia.
Samoin kanadalaiset Toronton yliopistossa ovat osoittaneet, että sydänlihassolut pystyvät uudistumaan. 25-vuotiaan miehen elävä pumppu pystyy tuottamaan vastasyntyneitä soluja enintään 1 prosentin vuodessa elimen painosta. 75-vuotiaana "tehtaan" tuottavuus laskee 0,45 prosenttiin. Mutta se ei katoa ollenkaan.
Miksi emme tuskin muista lapsuuttamme?
Vaikuttaa siltä, että kanadalaiset tutkijat Toronton sairaiden lasten sairaalan neurobiologialaboratoriossa ovat selvittäneet, miksi useimmat aikuiset eivät muista, mitä heille tapahtui kolmen ensimmäisen elinvuoden aikana.
"Ei ole, että lapset muokkaavat huonosti muistoja", sanoo yksi tutkimuksen tekijöistä Katherine Akers. Ne muovat hyvin. Kun tyttäreni oli 3-vuotias, vein hänet eläintarhaan. Hän kertoi yksityiskohtaisesti kaikesta, mitä näki. Nyt hän on 5-vuotias - hän ei muista lainkaan, että olisi eläintarhassa.
Kokeilut ovat osoittaneet, että vanhat tapahtumat poistetaan muistista. Poistetaan uusien aivosolujen syntymisen aikana.
Juominen ja älykkäämpi?
Samat ruotsalaiset tutkijat tekivät hämmästyttävän johtopäätöksen. Jos uskotaan heidän viimeaikaisen tutkimuksensa skandaaliset tulokset, säännöllisen juomisen myötä myös uusia hermosoluja kasvaa. Ne kasvavat paitsi missä tahansa, myös päässä - eniten, näyttää siltä, haavoittuva osa alkoholistien kehoa.
Tutkijat ovat kuitenkin järkyttyneitä, kaikki ei ole niin pilvistä. Solujen ohella myös alkoholin halu kasvaa. Ruotsimaisissa kokeissa hiiret, nimittäin ne, jotka kastelivat, todellakin rikastettiin hermosoluilla. Mutta samaan aikaan he alkoivat suosia vodkaa veteen. Tutkimuksen johtajan professori Stefan Brinin mukaan tämä selittää sen, että ihmiset voivat siirtyä kohtuullisesta alkoholinkulutuksesta rajoittamattomaan alkoholiin melko nopeasti.