Ο εγκέφαλος δεν είναι ένα όργανο; Νέα ανακάλυψη ανατρέπει όλα όσα γνωρίζαμε

Για αιώνες ο εγκέφαλος αντιμετωπιζόταν ως ένα ενιαίο, ομοιογενές όργανο. Νέα έρευνα, όμως, με επικεφαλής επιστήμονες της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Stanford, υποστηρίζει ότι η εικόνα αυτή είναι πολύ πιο σύνθετη: δύο αρχαία νευρικά συστήματα φαίνεται ότι εξελίχθηκαν ανεξάρτητα και στη συνέχεια «συσκευάστηκαν» μαζί στον εγκέφαλο.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Neuroscience, ανατρέπει το κυρίαρχο μοντέλο για την ανάπτυξη του εγκεφάλου και ταυτόχρονα ανοίγει έναν νέο δρόμο για τη μελέτη σοβαρών ασθενειών που προσβάλλουν το εγκεφαλικό στέλεχος.

Δύο διαφορετικά νευρικά συστήματα

Ο ενήλικος εγκέφαλος αποτελείται από τρεις βασικές περιοχές: τον πρόσθιο, τον μέσο και τον οπίσθιο εγκέφαλο. Ο πρόσθιος εγκέφαλος συνδέεται με ανώτερες λειτουργίες, όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη. Ο οπίσθιος εγκέφαλος, που συχνά περιγράφεται ως τμήμα του εγκεφαλικού στελέχους, ελέγχει ζωτικές και αυτόματες λειτουργίες, μεταξύ άλλων την αναπνοή, τον ύπνο, τον καρδιακό ρυθμό και την πείνα.

Παράλληλα, οι νευρώνες του ελέγχουν μύες του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού, επηρεάζοντας λειτουργίες όπως η ομιλία και η κατάποση.

Η νέα μελέτη δείχνει ότι ο οπίσθιος εγκέφαλος δεν προκύπτει απλώς ως ένας ακόμη κλάδος της ίδιας αναπτυξιακής διαδικασίας που δημιουργεί τον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο. Ακολουθεί ξεχωριστή αναπτυξιακή πορεία.

Το εύρημα εμφανίστηκε από τα πρώτα στάδια

Οι ερευνητές μελέτησαν έμβρυα ποντικών κατά τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης, όταν πραγματοποιείται η γαστριδίωση, μια κρίσιμη διαδικασία κατά την οποία αρχίζει να οργανώνεται το σώμα του εμβρύου.

Εντόπισαν δύο διαφορετικούς πληθυσμούς πρόδρομων εγκεφαλικών κυττάρων. Ο ένας εξελίσσεται στον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο, ενώ ο άλλος οδηγεί στον σχηματισμό του οπίσθιου εγκεφάλου.

Το εντυπωσιακό είναι ότι οι δύο πληθυσμοί δεν επικαλύπτονται και δεν διασταυρώνονται κατά την ανάπτυξη. Παραμένουν διακριτοί ήδη από τα πρώτα στάδια, ακολουθώντας παράλληλες αναπτυξιακές διαδρομές.

Οι επιστήμονες στη συνέχεια αναζήτησαν αν το ίδιο μοτίβο υπήρχε και σε άλλα είδη.

Το ίχνος φτάνει 550 εκατ. χρόνια πίσω

Η ομάδα επέκτεινε την έρευνα σε περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια εξελικτικής ιστορίας και εντόπισε ενδείξεις της ίδιας διπλής προέλευσης σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και σκουλήκια βελανιδιού (acorn worms).

Τα τελευταία είναι θαλάσσιοι οργανισμοί που ζουν στον πυθμένα των ωκεανών και μοιράζονται με τον άνθρωπο έναν πολύ μακρινό κοινό πρόγονο.

Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι και οι μέδουσες, οι οποίες απομακρύνθηκαν από τη γενεαλογική γραμμή που οδήγησε στον άνθρωπο πριν από περίπου 600-700 εκατομμύρια χρόνια, διαθέτουν δύο νευρικά συστήματα σε διαφορετικά σημεία του σώματός τους.

Τα ευρήματα αυτά ενισχύουν την υπόθεση ότι η διπλή οργάνωση του νευρικού συστήματος έχει πολύ αρχαιότερη εξελικτική ιστορία από ό,τι θεωρούνταν μέχρι σήμερα.

Δημιούργησαν ανθρώπινους νευρώνες στο εργαστήριο

Η ανακάλυψη δεν αφορά μόνο την εξελικτική ιστορία του εγκεφάλου. Οι ερευνητές κατάφεραν, αξιοποιώντας τα νέα δεδομένα, να καθοδηγήσουν για πρώτη φορά ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ώστε να μετατραπούν σε λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου.

Τα κύτταρα που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο παρουσίασαν χαρακτηριστικά των φυσιολογικών νευρώνων της συγκεκριμένης περιοχής. Εμφάνισαν κύματα ηλεκτρικής δραστηριότητας και παρήγαγαν πρωτεΐνες που χαρακτηρίζουν νευρώνες οι οποίοι ελέγχουν, μεταξύ άλλων, τους μύες του προσώπου και της κατάποσης.

Νέο εργαλείο για ALS και νωτιαία μυϊκή ατροφία

Το αποτέλεσμα μπορεί να έχει ιδιαίτερη σημασία για τη μελέτη ασθενειών που επηρεάζουν το εγκεφαλικό στέλεχος, όπως η νωτιαία μυϊκή ατροφία και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS).

Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες αντιμετώπιζαν σημαντικούς περιορισμούς, καθώς δεν μπορούν να πάρουν ιστό από το εγκεφαλικό στέλεχος ζώντων ασθενών για να μελετήσουν άμεσα τι συμβαίνει στα κύτταρά τους.

Η δυνατότητα δημιουργίας συγκεκριμένων ανθρώπινων νευρώνων στο εργαστήριο προσφέρει ένα νέο μοντέλο για την παρακολούθηση της νόσου και τη μελέτη των μηχανισμών που οδηγούν στην καταστροφή των νευρώνων.

Έτσι, η νέα έρευνα δεν αλλάζει μόνο την εικόνα για το πώς δημιουργήθηκε ο ανθρώπινος εγκέφαλος, αλλά μπορεί να προσφέρει και ένα νέο εργαστηριακό εργαλείο για την αναζήτηση θεραπειών για σοβαρές νευρολογικές παθήσεις.

Με πληροφορίες από ΑΠΕ-ΜΠΕ