Protams, jūs bieži esat dzirdējis paziņojumu: "Nervu šūnas neatjaunojas." Tomēr šo vienu no populārajiem maldiem zinātnieki nesen atspēkoja.
1999. gada 15. oktobrī žurnāls Science publicēja Prinstonas universitātes Psiholoģijas katedras darbinieku Elizabetes Gouldas un Čārlza Grosa pētījumu. Tas parādīja, ka lielās primātu smadzenes visu mūžu ražo vairākus tūkstošus jaunu neironu dienā. Šo procesu sauca par neiroģenēzi. Tajā pašā gadā tika konstatēts, ka neiroģenēze tiek veikta arī cilvēka smadzenēs. Tomēr pats process tika atklāts vēl agrāk.
1965. gadā zinātnieks Džohevs Altmans to atklāja žurkas hipokampā (smadzeņu daļā), un pēc 15 gadiem Rokfellera universitātes darbinieks Fernando Nottebs to atklāja kanārijputniņos. Saskaņā ar Nottebas atklājumu dziesmu putnu nervu šūnas veidojas viņu smadzeņu "balss centrā".
Neskatoties uz to, neskatoties uz to, ka nervu šūnas tiek atjaunotas, nav neērti rūpēties par neironiem, jo, kā jūs zināt, tie bieži mirst stipra stresa apstākļos, ar ievainojumiem, saindēšanos utt. Tomēr atmirušo nervu šūnu darbību pārņem dzīvās šūnas. … Tātad viena veselīga nervu šūna var aizstāt līdz pat deviņām mirušām.
Populāro izteicienu "Nervu šūnas neatgūst" visi no bērnības uztver kā nemainīgu patiesību. Tomēr šī aksioma ir nekas cits kā mīts, un jaunie zinātniskie dati to atspēko.
Daba jaunattīstības smadzenēs nosaka ļoti augstu drošības rezervi: embriogenezes laikā veidojas liels neironu pārpalikums. Gandrīz 70% no viņiem mirst pirms bērna piedzimšanas. Cilvēka smadzenes turpina zaudēt neironus pēc piedzimšanas visas dzīves garumā. Šī šūnu nāve ir ģenētiski ieprogrammēta. Protams, mirst ne tikai neironi, bet arī citas ķermeņa šūnas. Tikai visiem pārējiem audiem ir augsta atjaunošanās spēja, tas ir, to šūnas dalās, aizstājot mirušos. Atjaunošanās process ir visaktīvākais epitēlija šūnās un asinsrades orgānos (sarkanajos kaulu smadzenēs). Bet ir šūnas, kurās ir bloķēti gēni, kas ir atbildīgi par vairošanos, daloties. Papildus neironiem šajās šūnās ietilpst arī sirds muskuļa šūnas. Kā cilvēkiem izdodas saglabāt inteliģenci līdz ļoti vecumam,ja nervu šūnas mirst un netiek atjaunotas?
Reklāmas video:
Viens no iespējamiem izskaidrojumiem: ne visi neironi vienlaicīgi “strādā” nervu sistēmā, bet tikai 10% neironu. Šis fakts bieži tiek minēts populārajā un pat zinātniskajā literatūrā. Man ir vairākkārt nācies apspriest šo paziņojumu ar vietējiem un ārvalstu kolēģiem. Un neviens no viņiem nesaprot, no kurienes šis skaitlis radies. Jebkura šūna dzīvo un "strādā" vienlaikus. Katrā neironā visu laiku notiek vielmaiņas procesi, sintezējas olbaltumvielas, tiek ģenerēti un pārraidīti nervu impulsi. Tāpēc, atstājot hipotēzi par "neuztraucošajiem" neironiem, pievērsīsimies vienai no nervu sistēmas īpašībām, proti, tās ārkārtas plastiskumam.
Plastiskuma nozīme ir tāda, ka mirušo nervu šūnu funkcijas pārņem viņu izdzīvojušie "kolēģi", kuri palielina izmēru un veido jaunus savienojumus, kompensējot zaudētās funkcijas. Šādas kompensācijas augsto, bet neierobežoto efektivitāti var ilustrēt ar Parkinsona slimības piemēru, kurā pakāpeniski notiek neironu nāve. Izrādās, līdz brīdim, kad apmēram 90% smadzeņu neironu mirst, slimības klīniskie simptomi (ekstremitāšu trīce, mobilitātes ierobežošana, nestabila gaita, demence) neparādās, tas ir, cilvēks izskatās praktiski vesels. Tas nozīmē, ka viena dzīvā nervu šūna var aizstāt deviņus mirušos.
Bet nervu sistēmas plastika nav vienīgais mehānisms, kas ļauj saglabāt intelektu līdz nobriedušām vecumdienām. Dabai ir arī atkāpšanās - jaunu nervu šūnu parādīšanās pieaugušo zīdītāju smadzenēs vai neiroģenēze.
Pirmais ziņojums par neiroģenēzi parādījās 1962. gadā prestižajā zinātniskajā žurnālā Science. Raksta nosaukums bija "Vai jauni neironi veidojas pieaugušo zīdītāju smadzenēs?" Tās autors profesors Džozefs Altmans no Purdue universitātes (ASV) ar elektriskās strāvas palīdzību iznīcināja vienu no žurkas smadzeņu struktūrām (sānu geniculate ķermenis) un injicēja tur radioaktīvu vielu, kas iekļūst jaunizveidotajās šūnās. Dažus mēnešus vēlāk zinātnieks atklāja jaunus radioaktīvos neironus talāmā (priekšdaļas daļa) un smadzeņu garozā. Nākamo septiņu gadu laikā Altmans publicēja vēl vairākus pētījumus, kas pierāda neiroģenēzes esamību pieaugušo zīdītāju smadzenēs. Tomēr toreiz, sešdesmitajos gados, viņa darbs neirozinātnieku vidū izraisīja tikai skepsi, viņu attīstība nesekoja.
Un tikai pēc divdesmit gadiem neiroģenēze tika "atklāta no jauna", bet jau putnu smadzenēs. Daudzi dziedātājputnu pētnieki ir pamanījuši, ka katrā pārošanās sezonā kanārijputniņa Serinus canaria tēviņš dzied dziesmu ar jauniem "ceļiem". Turklāt viņš nepieņem jaunus trīļus no saviem brāļiem, jo dziesmas tika atjauninātas atsevišķi. Zinātnieki sāka detalizēti izpētīt putnu galveno vokālo centru, kas atrodas īpašā smadzeņu sadaļā, un atklāja, ka pārošanās sezonas beigās (kanārijputniņos tas notiek augustā un janvārī) ievērojama daļa balss centra neironu nomira, iespējams, pārmērīgas funkcionālās slodzes dēļ. … Astoņdesmito gadu vidū izdevās parādīt profesoram Fernando Notteboomam no Rokfellera universitātes (ASV)ka pieaugušiem vīriešu kanārijputniem neiroģenēzes process vokālajā centrā notiek pastāvīgi, bet izveidoto neironu skaits ir atkarīgs no sezonas svārstībām. Neiroģenēzes maksimums kanārijputniņos notiek oktobrī un martā, tas ir, divus mēnešus pēc pārošanās sezonām. Tāpēc kanārijputniņu vīriešu dziesmu "mūzikas bibliotēka" tiek regulāri atjaunināta.
80. gadu beigās Ļeņingradas zinātnieka profesora A. L. Polenova laboratorijā neirogenēze tika atklāta arī pieaugušiem abiniekiem.
No kurienes rodas jauni neironi, ja nervu šūnas nedalās? Jaunu neironu avots gan putniem, gan abiniekiem izrādījās neironu cilmes šūnas no smadzeņu kambara sienas. Embrija attīstības laikā no šīm šūnām veidojas nervu sistēmas šūnas: neironi un glijas šūnas. Bet ne visas cilmes šūnas pārvēršas par nervu sistēmas šūnām - dažas no tām “slēpjas” un gaida spārnos.
Ir pierādīts, ka jauni neironi rodas no pieauguša organisma cilmes šūnām un apakšējiem mugurkaulniekiem. Tomēr vajadzēja gandrīz piecpadsmit gadus, lai pierādītu, ka līdzīgs process notiek arī zīdītāju nervu sistēmā.
Neirozinātnes attīstība 90. gadu sākumā izraisīja "jaundzimušo" neironu atklāšanu pieaugušo žurku un peles smadzenēs. Tie galvenokārt tika atrasti evolucionāri senajās smadzeņu daļās: ožas spuldzēs un hipokampu garozā, kas galvenokārt ir atbildīgi par emocionālo uzvedību, reakciju uz stresu un zīdītāju dzimumfunkciju regulēšanu.
Tāpat kā putniem un apakšējiem mugurkaulniekiem, arī zīdītājiem neironu cilmes šūnas atrodas netālu no smadzeņu sānu kambariem. Viņu transformācija neironos notiek ļoti intensīvi. Pieaugušām žurkām mēnesī no cilmes šūnām veidojas aptuveni 250 000 neironu, kas aizstāj 3% no visiem hipokampā esošajiem neironiem. Šādu neironu dzīves ilgums ir ļoti augsts - līdz 112 dienām. Neironu cilmes šūnas ceļo garu ceļu (apmēram 2 cm). Viņi arī spēj migrēt uz ožas spuldzi, tur pārvēršoties par neironiem.
Zīdītāju smadzeņu ožas sīpoli ir atbildīgi par dažādu smaku uztveri un primāro apstrādi, tostarp par feromonu atpazīšanu - vielām, kas pēc ķīmiskā sastāva ir tuvas dzimumhormoniem. Grauzēju seksuālo uzvedību galvenokārt regulē feromonu ražošana. Hipokamps atrodas zem smadzeņu puslodēm. Šīs sarežģītās struktūras funkcijas ir saistītas ar īstermiņa atmiņas veidošanos, noteiktu emociju realizāciju un līdzdalību seksuālās uzvedības veidošanā. Nemainīgas neiroģenēzes klātbūtne žurkām un hipokampā žurkām ir izskaidrojama ar faktu, ka grauzējiem šīs struktūras nes galveno funkcionālo slodzi. Tādēļ tajās esošās nervu šūnas bieži mirst, kas nozīmē, ka tās ir jāatjauno.
Lai saprastu, kādi apstākļi ietekmē neiroģenēzi hipokampā un ožas spuldzē, profesors Geidžs no Salkas universitātes (ASV) uzcēla miniatūru pilsētu. Peles tur spēlējās, nodarbojās ar fizisko izglītību, meklēja izejas no labirintiem. Izrādījās, ka "pilsētu" pelēs jauni neironi radās daudz lielākā skaitā nekā viņu pasīvajos radiniekos, ieslīguši ikdienas dzīvē vivārijā.
Cilmes šūnas var izņemt no smadzenēm un pārstādīt citā nervu sistēmas daļā, kur tās kļūst par neironiem. Profesors Geidžs un viņa kolēģi veica vairākus līdzīgus eksperimentus, no kuriem iespaidīgākais bija sekojošais. Smadzeņu audu gabals, kurā bija cilmes šūnas, tika pārstādīts iznīcinātā žurku acs tīklenē. (Gaismas jutīgajai acs iekšējai sienai ir "nervu" izcelsme: tā sastāv no modificētiem neironiem - stieņiem un konusiem. Kad gaismas jutīgais slānis tiek iznīcināts, iestājas aklums.) Pārstādītās smadzeņu cilmes šūnas pārvērtās par tīklenes neironiem, to procesi sasniedza redzes nervu, un žurka atguva redzi! Turklāt smadzeņu cilmes šūnu transplantācijas laikā neskartā acī ar tām nenotika nekādas transformācijas. Iespējams, kad tīklene ir bojāta, rodas dažas vielas (piemēram,augšanas faktori), kas stimulē neiroģenēzi. Tomēr precīzs šīs parādības mehānisms joprojām nav skaidrs.
Zinātnieki saskārās ar uzdevumu parādīt, ka neiroģenēze notiek ne tikai grauzējiem, bet arī cilvēkiem. Šajā nolūkā pētnieki profesora Geidža vadībā nesen veica sensacionālu darbu. Vienā no Amerikas onkoloģiskajām klīnikām pacientu grupa ar neārstējamām ļaundabīgām neoplazmām lietoja ķīmijterapijas zāles bromodioxyuridine. Šai vielai ir svarīga īpašība - spēja uzkrāties dažādu orgānu un audu dalošajās šūnās. Bromodioksiuridīns tiek iekļauts mātes šūnas DNS un tiek uzglabāts meitas šūnās pēc mātes šūnu dalīšanās. Patoloģiskie pētījumi parādīja, ka neironi, kas satur bromodioksiuridīnu, ir sastopami gandrīz visās smadzeņu daļās, ieskaitot smadzeņu garozu. Tātad šie neironi bija jaunas šūnas, kas radās no cilmes šūnu dalīšanās. Atradums bez nosacījumiem apstiprināja, ka neiroģenēzes process notiek arī pieaugušajiem. Bet, ja grauzējiem neiroģenēze notiek tikai hipokampā, tad cilvēkiem, visticamāk, tā var uztvert plašākas smadzeņu zonas, ieskaitot smadzeņu garozu.
Jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka jaunus neironus pieaugušo smadzenēs var veidot ne tikai no neironu cilmes šūnām, bet arī no asins cilmes šūnām. Šīs parādības atklāšana ir izraisījusi eiforiju zinātnes pasaulē. Tomēr publikācija žurnālā "Nature" 2003. gada oktobrī daudzos veidos atvēsināja entuziasma pilnu prātu. Izrādījās, ka asins cilmes šūnas patiešām iekļūst smadzenēs, taču tās nepārvēršas par neironiem, bet saplūst ar tiem, veidojot divkodolu šūnas. Tad "vecais" neirona kodols tiek iznīcināts, un to aizstāj ar "jauno" asins cilmes šūnas kodolu. Žurkas ķermenī asins cilmes šūnas galvenokārt saplūst ar smadzenītes milzu šūnām - Purkinje šūnām, lai gan tas notiek diezgan reti: visā smadzenītē var atrast tikai dažas sapludinātas šūnas. Intensīvāka neironu saplūšana notiek aknās un sirds muskuļos. Pagaidām nav skaidrs, kāda ir fizioloģiskā nozīme. Viena no hipotēzēm ir tā, ka asins cilmes šūnas nes sev līdzi jaunu ģenētisko materiālu, kas, iekļūstot “vecajā” smadzenīšu šūnā, pagarina tā dzīvi.
Tātad jauni neironi var rasties no cilmes šūnām pat pieaugušo smadzenēs. Šī parādība jau tiek plaši izmantota dažādu neirodeģeneratīvo slimību (slimību, ko papildina neironu nāve smadzenēs), ārstēšanai. Cilmes šūnu preparātus transplantācijai iegūst divos veidos. Pirmais ir neironu cilmes šūnu izmantošana, kas atrodas ap smadzeņu kambariem gan embrijā, gan pieaugušajā. Otra pieeja ir embriju cilmes šūnu izmantošana. Šīs šūnas atrodas iekšējā šūnu masā agrīnā embrija veidošanās stadijā. Viņi spēj pārveidoties gandrīz jebkurā ķermeņa šūnā. Lielākais izaicinājums darbā ar embrija šūnām ir panākt to pārveidošanos par neironiem. Jaunas tehnoloģijas ļauj to izdarīt.
Dažās Amerikas Savienoto Valstu slimnīcās jau ir izveidotas neironu cilmes šūnu "bibliotēkas", kas iegūtas no embrija audiem, un tās tiek pārstādītas pacientiem. Pirmie transplantācijas mēģinājumi dod pozitīvus rezultātus, lai gan mūsdienās ārsti nevar atrisināt šādu transplantāciju galveno problēmu: nikns cilmes šūnu pavairošana 30-40% gadījumu noved pie ļaundabīgu audzēju veidošanās. Pagaidām nav atrasta pieeja, kas novērstu šo blakusparādību. Neskatoties uz to, cilmes šūnu transplantācija neapšaubāmi būs viena no galvenajām pieejām tādu neirodeģeneratīvo slimību kā Alcheimera un Parkinsona slimību ārstēšanā, kas kļuvušas par attīstīto valstu postu.
Nervu audi tiek atjaunoti jebkurā vecumā, - pārliecināja slavenais vācu neirozinātņu profesors Getingenas universitātē Harolds Huters. - 20 gadu vecumā process ir intensīvs, bet 70 gadu vecumā - lēni. Bet tā iet.
Zinātnieks kā piemēru minēja Kanādas kolēģu novērojumu par vecāka gadagājuma mūķenēm - 100 vai vairāk gadus. Magnētiskās rezonanses attēlveidošana parādīja: viņu smadzenes ir kārtībā - nav senils demences izpausmju.
Un viss, pēc profesora domām, ir šo sieviešu dzīves un domāšanas veids, kas burtiski atjauno smadzeņu struktūru un vadītspēju. Un līdzīgs brīnums notiek tāpēc, ka mūķenes ir pieticīgas, tām ir stabilas idejas par pasaules uzbūvi, aktīva dzīves pozīcija un lūgšanās, cerot mainīt cilvēkus uz labo pusi.
Huters paskaidroja, ka galvenais nervu šūnu iznīcinātājs ir stress, kas arī nomāc smadzeņu spēju atjaunoties. Un harmonija ar sevi to veicina. Un tas ir tas, ko profesors iesaka šajā sakarā: mērot sapņus ar realitāti, lai varētu sakārtot savu dzīvi, nevis iet, kā saka, ar plūsmu, saprast dzīves jēgu - vismaz savu, lai būtu spēcīgi sociālie sakari - labas attiecības ar tik daudziem cilvēki - īpaši tuvi.
Un tālāk. Pēc Hutera domām, nervu šūnu reģenerācijai nekas vairāk nepalīdz kā problēma, kurai cilvēks ir atradis risinājumu. Un, lai problēmas nebūtu pārāk apgrūtinošas, profesors iesaka kaut ko iemācīties. Pat vecumdienās. Lai saglabātu dzīves garšu.
Nervu šūnu atjaunošanās ātrumu mēra zviedru zinātnieki no Karoļinskas institūta. Izrādījās, ka tas dienā var sasniegt 700 jaunus neironus.
Pētniekiem palīdzēja … uz zemes veikti kodolizmēģinājumi, kas tika veikti pagājušā gadsimta 50. gados. Tad viņi stipri piesārņoja vidi ar radioaktīvo izotopu - ogleklis-14. Bet tā līmenis samazinājās pēc tam, kad tas tika aizliegts 1963. gadā, lai atmosfērā uzspridzinātu atombumbas.
Cilvēku, kas noķēruši zemes kodolsprādzienus, nervu šūnas paaugstinātā koncentrācijā "iesūc" izotopu. Tas ir iestrādāts DNS virknēs. Zinātnieki to izmantoja tā sauktajam dzīvo audu radiosakaru datēšanai. Carbon-14 ļāva noteikt šūnu vecumu. Un izrādījās, ka tās - nervu šūnas - parādījās dažādos laikos. Tas ir, kopā ar vecajiem, piedzima jauni.
Tāpat kanādieši Toronto universitātē ir parādījuši, ka sirds muskuļa šūnas spēj atjaunoties. 25 gadus veca vīrieša dzīvais sūknis spēj radīt jaundzimušās šūnas līdz pat 1 procentam gadā no orgāna svara. Līdz 75 gadu vecumam "rūpnīcas" produktivitāte samazinās līdz 0,45 procentiem. Bet tas nemaz nepazūd.
Kāpēc mēs gandrīz neatceramies savu bērnību?
Šķiet, ka Kanādas pētnieki Toronto slimnieku bērnu slimnīcas neirobioloģijas laboratorijā ir izdomājuši, kāpēc lielākā daļa pieaugušo neatceras, kas ar viņiem notika viņu pirmajos trīs dzīves gados.
"Nav tā, ka bērni nespēj veidot atmiņas," saka Ketrīna Akers, viena no pētījuma autorēm. Viņi ļoti labi veidojas. Kad meitai bija 3 gadi, es viņu aizvedu uz zooloģisko dārzu. Viņa sīki pastāstīja par visu, ko redzēja. Tagad viņai ir 5 gadi - viņa vispār neatceras, ka būtu bijusi zooloģiskajā dārzā.
Eksperimenti ir parādījuši, ka vecie notikumi tiek izdzēsti no atmiņas. Tiek izdzēsti jaunu smadzeņu šūnu piedzimšanas laikā.
Dzert un kļūt gudrākam?
Tie paši zviedru zinātnieki nonāca pie pārsteidzoša secinājuma. Ja var ticēt viņu nesen veikto pētījumu skandalozajiem rezultātiem, regulāri dzerot, pieaug arī jaunas nervu šūnas. Viņi aug ne tikai jebkur, bet arī galvā - visvairāk, šķiet, neaizsargātākā alkoholiķu ķermeņa daļa.
Tomēr zinātnieki ir satraukti, ne viss ir tik bezmākoņains. Kopā ar šūnām pieaug arī alkas pēc alkohola. Zviedrijas eksperimentos peles, proti, tās tika padzirdītas, patiešām tika bagātinātas ar nervu šūnām. Bet tajā pašā laikā viņi sāka dot priekšroku degvīnam, nevis ūdenim. Pēc pētījuma vadītāja profesora Stefana Brina teiktā, tas izskaidro faktu, ka cilvēki no mērena alkohola patēriņa var pāriet uz neierobežotu alkoholu diezgan ātri.