Нервові клітини не відновлюються або навіщо мозок блокує нейрони

Технології 07 січня 2024

Десятиліття дискусій, що давно увійшли в ужиток приказки, експерименти на мишах і вівцях - але все-таки чи може мозок дорослої людини утворювати нові нейрони замість втрачених? І якщо може, то як? А якщо не може - чому?

Про людей і мишей
Проблеми моделей
Гіпотеза про пам'ять

Порізаний палець заживе за кілька днів, зламана кістка зростеться. Міріади еритроцитів змінюють один одного короткоживучими поколіннями, ростуть під навантаженням м'яза: наш організм оновлюється постійно. Довгий час вважалося, що на цьому святі переродження залишається один аутсайдер - головний мозок. Його найважливіші клітини, нейрони, занадто високоспеціалізовані, щоб ділитися. Кількість нейронів падає рік від року, і хоча вони такі численні, що втрата декількох тисяч штук не чинить помітного впливу, здатність відновлюватися після ушкоджень не завадила б і мозку. Однак вченим довго не вдавалося виявити присутності нових нейронів у зрілому мозку. Втім, не було й достатньо тонких інструментів, що дозволяють знайти такі клітини та їхніх «батьків».

Ситуація змінилася, коли в 1977 році Майкл Каплан і Джеймс Хіндс використовували радіоактивний [³H] - тимідин, здатний вбудовуватися в нову ДНК. Її ланцюжки активно синтезують клітини, подвоюючи свій генетичний матеріал і заодно накопичуючи радіоактивні мітки. Через місяць після введення препарату дорослим щурам вчені отримували зрізи їх головного мозку. Авторадіографія показала, що мітки знаходяться в клітинах зубчастої звивини гіпокампа. Все-таки вони розмножуються, і «дорослий нейрогенез» існує.

Про людей і мишей

Під час цього процесу зрілі нейрони не діляться, як не діляться і клітини м'язових волокон, і еритроцити: за їх утворення відповідають різні стовбурові клітини, що зберігають «наївну» здатність розмножуватися. Один з нащадків клітини-попередника стає молодою спеціалізованою кліткою і дозріває до повнофункціонального дорослого стану. Інша дочірня клітина залишається стовбуровою: це дозволяє підтримувати популяцію клітин-попередників на постійному рівні, не жертвуючи оновленням навколишньої тканини.

Перші дослідження нейрогенезу були проведені на плоских хробаках-планаріях, а першими хребетними моделями стали аксолотлі. Сьогодні експерименти проходять найчастіше з рибками даніо і лабораторними гризунами.

Клітини-попередниці нейронів знайшлися в зубчастій звивині гіпокампа. Пізніше їх виявили і в інших частинах головного мозку гризунів, в нюховій цибулині та підкірковій структурі стріатуму. Звідси молоді нейрони можуть мігрувати в потрібну область мозку, вже на місці дозрівати і вбудовуватися в існуючі системи зв'язків. Для цього нова клітина доводить сусідам свою корисність: її здатність до збудження підвищена, так що навіть слабкий вплив змушує нейрон видавати цілий залп електричних імпульсів. Чим активніше клітина, тим більше зв'язків вона утворює з сусідами і тим швидше стабілізуються ці зв'язки.

Дорослий нейрогенез у людей вдалося підтвердити лише кілька десятиліть потому за допомогою схожих радіоактивних нуклеотидів - у тій же зубчастій звивині гіпокампа, а потім і в стріатумі. Смердюча цибулина у нас, мабуть, не оновлюється. Однак наскільки активно проходить цей процес і як він змінюється в часі, точно не ясно і сьогодні.

Наприклад, дослідження 2013 року показало, що до глибокої старості щороку оновлюється приблизно 1,75% клітин зубчастої звивини гіпокампа. А в 2018-му з'явилися результати, згідно з якими утворення нейронів тут припиняється вже в підлітковому віці. У першому випадку вимірювалося накопичення радіоактивних міток, а в другому використовувалися барвники, що вибірково зв'язуються з молодими нейронами. Складно сказати, які висновки ближче до істини: важко зіставити рідкісні результати, отримані абсолютно різними методами, а тим більше екстраполювати на людину роботи, виконані на мишах.

Проблеми моделей

Більшість досліджень дорослого нейрогенезу проводять на лабораторних тваринах, які швидко розмножуються і прості в утриманні. Таке поєднання ознак зустрічається у тих, хто має невеликі розміри і живе зовсім недовго, - у мишей і щурів. Але в нашому мозку, який лише закінчує дозрівання до 20 років, все може відбуватися зовсім інакше.

Зубчаста звивина гіпокампа - це частина кори головного мозку, хоча і примітивна. У нашого виду, як і у інших довгоживучих ссавців, кора розвинена помітно сильніше, ніж у гризунів. Можливо, нейрогенез охоплює весь її обсяг, реалізуючись за якимось власним механізмом. Прямих підтверджень цьому поки немає: дослідження дорослого нейрогенезу в корі великих півкуль не виконувалися ні на людях, ні на інших приматах.

Зате проведені такі роботи з копитними. Вивчення зрізів мозку новонароджених ягнят, а також овець трохи постарше і половозрілих особин не знайшло клітин - попередників нейронів в корі великих півкуль і підкіркових структурах їх мозку. З іншого боку, в корі тварин навіть старшого віку виявилися вже народжені, але недозрілі молоді нейрони. Швидше за все, вони готові в потрібний момент завершити спеціалізацію, утворивши повноцінні нервові клітини і зайнявши місце загиблих. Звичайно, це не зовсім нейрогенез, адже нових клітин при такому процесі не утворюється. Однак цікаво, що такі молоді нейрони присутні в тих областях мозку овець, які у людини відповідають за мислення (кора великих півкуль), інтеграцію сенсорних сигналів і свідомість (клауструм), емоції (мигдалевидне тіло). Велика ймовірність, що і у нас в аналогічних структурах знайдуться незрілі нервові клітини. Але навіщо вони можуть знадобитися дорослому, вже навченому і досвідченому мозку?

Завдання виживання

Нервовій клітці мало просто народитися - їй належить вижити і придбати функціональність зрілих нейронів. А вмирають вони частіше, ніж можна подумати: майже половина клітин гіпокампу, що виникли в ході дорослого нейрогенезу біля щурів, гине протягом місяця після появи. У мишей втрати сягають 75% - зате тим, хто протримався цей термін, смерть більше не загрожує, і до кінця його нові нейрони вже повністю включаються в роботу. У макак з їх більшим мозком дозрівання нових нейронів і їх вбудовування в структури для обробки даних займає куди більше часу, близько півроку.