Μια μελέτη από το Εθνικό Εργαστήριο Argonne διαπιστώνει ότι τόσο τα βραχύβια ποντίκια όσο και τα μακροβιότερα πρωτεύοντα αναπτύσσουν εγκεφαλικές συνάψεις στο ίδιο χρονοδιάγραμμα, αμφισβητώντας τις υποθέσεις σχετικά με την ασθένεια και τη γήρανση. Αλλά τι σημαίνει αυτό για τους ανθρώπους – και την προηγούμενη έρευνα;

Τα ποντίκια ζουν συνήθως δύο χρόνια και οι πίθηκοι 25 χρόνια, αλλά οι εγκέφαλοι και των δύο φαίνεται να αναπτύσσουν τις συνάψεις τους ταυτόχρονα. Αυτό το εύρημα, που δημοσιεύτηκε σε μια πρόσφατη μελέτη με επικεφαλής τον νευροεπιστήμονα Bobby Kasthuri του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE), με συναδέλφους του στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο , είναι ένα σοκ για τους νευροεπιστήμονες.

Καταστρέφοντας τις προηγούμενες υποθέσεις στη νευροεπιστήμη

Μέχρι τώρα οι επιστήμονες πίστευαν ότι η ανάπτυξη του εγκεφάλου γινόταν πιο γρήγορα σε ποντίκια από ό,τι σε άλλα, μακροβιότερα θηλαστικά, όπως τα πρωτεύοντα θηλαστικά και οι άνθρωποι. Εκείνοι που μελετούσαν τον εγκέφαλο ενός ποντικιού 2 μηνών, για παράδειγμα, υπέθεσαν ότι ο εγκέφαλος είχε ήδη τελειώσει την ανάπτυξη επειδή είχε μικρότερη συνολική διάρκεια ζωής στην οποία θα αναπτυχθεί. Αντίθετα, ο εγκέφαλος ενός πρωτεύοντος 2 μηνών εξακολουθούσε να θεωρείται ότι περνά από αναπτυξιακές αλλαγές. Κατά συνέπεια, ο εγκέφαλος ποντικιού 2 μηνών δεν θεωρήθηκε καλό μοντέλο σύγκρισης με αυτόν ενός πρωτεύοντος 2 μηνών.

Αυτή η υπόθεση φαίνεται να είναι εντελώς λανθασμένη, κάτι που οι συγγραφείς πιστεύουν ότι θα θέσει υπό αμφισβήτηση πολλά αποτελέσματα που χρησιμοποιούν δεδομένα εγκεφάλου νεαρών ποντικών ως βάση για έρευνα σε διάφορες ανθρώπινες καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένου του αυτισμού και άλλων νευροαναπτυξιακών διαταραχών.

«Ένα θεμελιώδες ερώτημα στη νευροεπιστήμη, ειδικά στους εγκεφάλους των θηλαστικών, είναι πώς μεγαλώνουν οι εγκέφαλοι;» είπε ο Καστούρι. ​”Αποδεικνύεται ότι οι εγκέφαλοι των θηλαστικών ωριμάζουν με τον ίδιο ρυθμό, σε κάθε απόλυτο στάδιο. Θα πρέπει να ξανασκεφτούμε τη γήρανση και την ανάπτυξη τώρα που διαπιστώνουμε ότι είναι το ίδιο ρολόι».

Μεθοδολογία μελέτης και εκπληκτικά ευρήματα

Ο Gregg Wildenberg είναι επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και ο κύριος συγγραφέας της μελέτης μαζί με τους Kasthuri και τους μεταπτυχιακούς φοιτητές Hanyu Li, Vandana Sampathkumar και Anastasia Sorokina. Κοίταξε προσεκτικά τους νευρώνες και τις συνάψεις που λειτουργούσαν στον εγκέφαλο πολύ νεαρών ποντικών. Θαύμασε που το μωρό ποντίκι κινούνταν, έτρωγε και συμπεριφερόταν όπως ακριβώς θα περίμενε κανείς παρά το γεγονός ότι δεν είχε σχεδόν καθόλου μετρήσιμες συνδέσεις στο κύκλωμα του εγκεφάλου του.

«Νομίζω ότι βρήκα μια σύναψη κατά μήκος ενός ολόκληρου νευρώνα, και αυτό είναι συγκλονιστικό», είπε ο Wildenberg. ​”Αυτό το ζωντανό μωρό ζώο υπήρχε έξω από τη μήτρα έξι ημέρες μετά τη γέννησή του, συμπεριφερόταν και βίωνε τον κόσμο χωρίς κανέναν από τους νευρώνες του εγκεφάλου του να συνδέονται πραγματικά μεταξύ τους. Πρέπει να είμαστε προσεκτικοί στην υπερερμηνεία των αποτελεσμάτων μας, αλλά είναι συναρπαστικό».

Οι νευρώνες του εγκεφάλου είναι διαφορετικοί από τους νευρώνες των κυττάρων κάθε άλλου οργάνου, επειδή τα εγκεφαλικά κύτταρα είναι μεταμιτωτικά, που σημαίνει ότι δεν διαιρούνται ποτέ. Όλα τα άλλα κύτταρα του σώματος – συκώτι, στομάχι, καρδιά, δέρμα και ούτω καθεξής – διαιρούνται, αντικαθίστανται και αλλοιώνονται κατά τη διάρκεια της ζωής. Αυτή η διαδικασία ξεκινά από την ανάπτυξη και τελικά μεταβαίνει στη γήρανση. Ο εγκέφαλος, ωστόσο, είναι το μόνο όργανο θηλαστικού που έχει ουσιαστικά τα ίδια κύτταρα την πρώτη και την τελευταία μέρα της ζωής.

Εξερευνώντας τα αναπτυξιακά μυστήρια και τις τεχνολογικές προόδους

Περιπλέκοντας τα πράγματα, τα πρώιμα εμβρυϊκά κύτταρα κάθε είδους φαίνονται πανομοιότυπα. Εάν τα έμβρυα ψαριών, ποντικών, πρωτευόντων θηλαστικών και ανθρώπινων εμβρύων ήταν όλα μαζί σε ένα τρυβλίο Petri, θα ήταν σχεδόν αδύνατο να καταλάβουμε ποιο έμβρυο θα εξελισσόταν σε ποιο είδος. Σε κάποιο μυστηριώδες σημείο, μια αλλαγή αναπτυξιακού προγραμματισμού συμβαίνει μέσα σε ένα έμβρυο και εμφανίζεται μόνο ένα συγκεκριμένο είδος. Οι επιστήμονες θα ήθελαν να κατανοήσουν τον ρόλο των εγκεφαλικών κυττάρων στην ανάπτυξη του εγκεφάλου καθώς και στη φυσική ανάπτυξη εντός των ειδών.

Ο Kasthuri και η ομάδα του μπόρεσαν να προωθήσουν την πρόσφατη ανακάλυψή τους χάρη στην Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), μια εγκατάσταση χρηστών του DOE Office of Science. Το ALCF είναι σε θέση να χειριστεί τεράστια σύνολα δεδομένων — ​”terabyte και περισσότερα terabyte δεδομένων”, είπε ο Kasthuri — για να εξετάσει τα εγκεφαλικά κύτταρα σε νανοκλίμακα . Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την εγκατάσταση υπερυπολογιστή για να εξετάσουν κάθε νευρώνα και να μετρήσουν κάθε σύναψη σε πολλαπλά δείγματα εγκεφάλου σε πολλές ηλικίες των δύο ειδών. Η συλλογή και η ανάλυση αυτού του επιπέδου δεδομένων θα ήταν αδύνατη, είπε ο Kasthuri, χωρίς το ALCF.

Επαναξιολόγηση της προηγούμενης έρευνας – Τι ισχύει για τους ανθρώπινους εγκεφάλους

Ο Kasthuri γνωρίζει ότι πολλοί επιστήμονες θα θέλουν περισσότερα δεδομένα για να επιβεβαιώσουν τα ευρήματα της πρόσφατης μελέτης. Ο ίδιος επανεξετάζει αποτελέσματα παλαιότερων ερευνών στο πλαίσιο των νέων πληροφοριών.

«Μια από τις προηγούμενες μελέτες που κάναμε ήταν η σύγκριση ενός εγκεφάλου ενηλίκου ποντικού με έναν εγκέφαλο ενήλικου πρωτεύοντος. Πιστεύαμε ότι τα πρωτεύοντα είναι πιο έξυπνα από τα ποντίκια, επομένως κάθε νευρώνας πρέπει να έχει περισσότερες συνδέσεις, να είναι πιο ευέλικτος, να έχει περισσότερες διαδρομές κ.λπ.», εξήγησε. ​”Διαπιστώσαμε ότι ισχύει ακριβώς το αντίθετο. Οι νευρώνες των πρωτευόντων έχουν πολύ λιγότερες συνδέσεις από τους νευρώνες ποντικιού. Τώρα, κοιτάζοντας πίσω, νομίζαμε ότι συγκρίνουμε παρόμοια είδη, αλλά δεν το κάναμε. Συγκρίναμε ένα ποντίκι 3 μηνών με ένα πρωτεύον 5 ετών».

Οι επιπτώσεις της έρευνας για τους ανθρώπους είναι ασαφείς. Ένα θέμα είναι ότι συμπεριφορικά, οι άνθρωποι αναπτύσσονται πιο αργά από άλλα είδη. Για παράδειγμα, πολλά τετράποδα θηλαστικά μπορούν να περπατήσουν μέσα στην πρώτη ώρα της ζωής τους, ενώ οι άνθρωποι συχνά χρειάζονται περισσότερο από ένα χρόνο πριν κάνουν τα πρώτα βήματα. Είναι διαφορετικοί οι κανόνες και ο ρυθμός της συναπτικής ανάπτυξης στον ανθρώπινο εγκέφαλο σε σύγκριση με άλλους εγκεφάλους θηλαστικών;

«Πιστεύουμε ότι κάτι αξιοσημείωτο, κάτι μαγικό, θα αποκαλυφθεί όταν μπορέσουμε να δούμε τους ανθρώπινους ιστούς», είπε ο Kasthuri, ο οποίος υποπτεύεται ότι οι άνθρωποι μπορεί να είναι σε διαφορετικό πρόγραμμα. ​”Εκεί μπορεί να σπάσει το ρολόι που είναι το ίδιο για όλα αυτά τα άλλα είδη θηλαστικών.”

Ο Wildenberg ελπίζει ότι οι πληροφορίες που συγκεντρώθηκαν κατά τη διάρκεια της μελέτης θα οδηγήσουν στην ανάπτυξη φαρμακευτικών προϊόντων που στοχεύουν καλύτερα τις ανθρώπινες νευρολογικές διαταραχές και ασθένειες.

«Τα μοντέλα ποντικιών μπορεί να είναι εξαιρετικά για την ανάπτυξη καρδιαγγειακών φαρμάκων επειδή οι καρδιές, οι οποίες είναι βασικά αντλίες, λειτουργούν παρόμοια μεταξύ των ειδών», είπε. ​”Ωστόσο, η ανάπτυξη φαρμάκων για νευρολογικές παθήσεις είναι εξαιρετικά δύσκολη. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς εξελίσσονται οι εγκέφαλοι διαφορετικών ειδών, ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να προσαρμόσουν τις προσεγγίσεις που βασίζονται στις καινοτομίες και τις προσαρμογές του εγκεφάλου».

(photo: pixabay)