Sigurno ste često čuli izjavu: "Živčane stanice se ne oporavljaju." Međutim, znanstvenici su nedavno opovrgnuli ovu jednu od popularnih zabluda.
15. listopada 1999. godine časopis Science objavio je studiju Elizabeth Gould i Charlesa Grossa, zaposlenika Odjela za psihologiju Sveučilišta Princeton. Pokazalo je da mozak velikih majmuna proizvodi nekoliko tisuća novih neurona dnevno tijekom života. Ovaj proces nazvan je neurogeneza. Iste godine otkriveno je da se neurogeneza provodi i u ljudskom mozgu. Međutim, sam postupak otkriven je i ranije.
Godine 1965. znanstvenik Dzhokhev Altman otkrio ga je u hipokampusu (dijelu mozga) štakora, a 15 godina kasnije zaposlenik Sveučilišta Rockefeller Fernando Notteb otkrio ga je u kanarincima. Prema otkriću Nottebe, živčane stanice ptica pjevica nastaju u "vokalnom središtu" njihovog mozga.
Ipak, unatoč činjenici da su živčane stanice obnovljene, nije suvišno brinuti se o neuronima, jer, kao što znate, oni često umiru u uvjetima jakog stresa, s ozljedama, trovanjima itd. Međutim, funkciju mrtvih živčanih stanica preuzimaju žive stanice … Dakle, jedna zdrava živčana stanica može zamijeniti do devet mrtvih.
Popularni izraz "Živčane stanice se ne oporavljaju" svi od djetinjstva doživljavaju kao nepromjenjivu istinu. Međutim, ovaj aksiom nije ništa drugo do mit, a novi znanstveni podaci ga opovrgavaju.
Priroda u mozgu u razvoju postavlja vrlo visoku sigurnosnu granicu: tijekom embriogeneze stvara se veliki višak neurona. Gotovo 70% njih umire prije rođenja djeteta. Ljudski mozak nastavlja gubiti neurone nakon rođenja, tijekom cijelog života. Ova smrt stanica je genetski programirana. Naravno, ne umiru samo neuroni, već i druge stanice tijela. Samo sva ostala tkiva imaju visoku sposobnost regeneracije, odnosno njihove se stanice dijele, zamjenjujući mrtve. Proces regeneracije najaktivniji je u epitelnim stanicama i hematopoetskim organima (crvena koštana srž). Ali postoje stanice u kojima su geni odgovorni za razmnožavanje dijeljenjem blokirani. Uz neurone, ove stanice uključuju stanice srčanog mišića. Kako ljudi uspijevaju održati inteligenciju do duboke starosti,ako živčane stanice umru i ne obnove se?
Promotivni video:
Jedno od mogućih objašnjenja: ne rade svi neuroni istovremeno u živčanom sustavu, već samo 10% neurona. Ta se činjenica često navodi u popularnoj, pa čak i znanstvenoj literaturi. O ovoj sam izjavi više puta morao razgovarati sa svojim domaćim i stranim kolegama. I nitko od njih ne razumije otkud ova brojka. Bilo koja stanica živi i "radi" u isto vrijeme. U svakom neuronu se neprestano odvijaju metabolički procesi, sintetiziraju se bjelančevine, generiraju se i prenose živčani impulsi. Stoga, ostavljajući hipotezu o "mirovanju" neurona, obratimo se jednom od svojstava živčanog sustava, naime, njegovoj iznimnoj plastičnosti.
Značenje plastičnosti je da funkcije mrtvih živčanih stanica preuzimaju njihovi preživjeli "kolege", koji se povećavaju i stvaraju nove veze, nadoknađujući izgubljene funkcije. Visoka, ali ne neograničena učinkovitost takve kompenzacije može se ilustrirati na primjeru Parkinsonove bolesti, u kojoj postoji postupna smrt neurona. Ispada da se dok oko 90% neurona u mozgu ne umre, klinički simptomi bolesti (drhtanje udova, ograničenje pokretljivosti, nesiguran hod, demencija) ne pojavljuju, odnosno osoba izgleda praktički zdravo. To znači da jedna živa živčana stanica može zamijeniti devet mrtvih.
No, plastičnost živčanog sustava nije jedini mehanizam koji omogućuje očuvanje inteligencije do duboke starosti. Priroda također ima povratnu pojavu - pojavu novih živčanih stanica u mozgu odraslih sisavaca ili neurogenezu.
Prvo izvješće o neurogenezi pojavilo se 1962. godine u prestižnom znanstvenom časopisu Science. Članak je nazvan "Stvaraju li se novi neuroni u mozgu odraslih sisavaca?" Njezin autor, profesor Joseph Altman sa Sveučilišta Purdue (SAD), uz pomoć električne struje, uništio je jednu od struktura mozga štakora (bočno zglobno tijelo) i tamo ubrizgao radioaktivnu tvar koja prodire u novonastale stanice. Nekoliko mjeseci kasnije, znanstvenik je otkrio nove radioaktivne neurone u talamusu (dijelu prednjeg mozga) i moždanoj kori. Tijekom sljedećih sedam godina Altman je objavio još nekoliko studija koje dokazuju postojanje neurogeneze u mozgu odraslih sisavaca. Međutim, tada je šezdesetih godina njegov rad izazvao samo skepticizam među neuroznanstvenicima, njihov razvoj nije uslijedio.
I samo dvadeset godina kasnije neurogeneza je "ponovno otkrivena", ali već u mozgu ptica. Mnogi istraživači ptica pjevica primijetili su da tijekom svake sezone parenja mužjak kanarinca Serinus canaria pjeva pjesmu s novim "koljenima". Štoviše, on ne prihvaća nove trelje od svoje braće, jer su pjesme ažurirane u izolaciji. Znanstvenici su počeli detaljno proučavati glavno vokalno središte ptica, smješteno u posebnom dijelu mozga, i otkrili su da je na kraju sezone parenja (u kanarincima, to se događa u kolovozu i siječnju) značajan dio neurona vokalnog centra umro, vjerojatno zbog prekomjernog funkcionalnog opterećenja … Sredinom 1980-ih profesor Fernando Notteboom sa Sveučilišta Rockefeller (SAD) uspio je pokazatida se u odraslih muških kanarinaca proces neurogeneze neprestano događa u vokalnom centru, ali broj formiranih neurona podložan je sezonskim kolebanjima. Vrhunac neurogeneze u kanarincima javlja se u listopadu i ožujku, odnosno dva mjeseca nakon sezona parenja. Zato se "glazbena biblioteka" pjesama muških kanarinaca redovito ažurira.
Krajem 1980-ih neurogena je otkrivena i kod odraslih vodozemaca u laboratoriju lenjingradskog znanstvenika profesora A. L. Polenova.
Odakle dolaze novi neuroni ako se živčane stanice ne dijele? Ispostavilo se da su izvor novih neurona i ptica i vodozemaca neuronske matične stanice iz zida moždanih komora. Tijekom razvoja embrija upravo se od tih stanica formiraju stanice živčanog sustava: neuroni i glija stanice. Ali ne pretvaraju se sve matične stanice u stanice živčanog sustava - neke se od njih "skrivaju" i čekaju u krilima.
Pokazano je da novi neuroni nastaju iz matičnih stanica odraslog organizma i u nižim kralježnjacima. Međutim, trebalo je gotovo petnaest godina da se dokaže da se sličan proces događa u živčanom sustavu sisavaca.
Napredak neuroznanosti ranih 1990-ih doveo je do otkrića "novorođenih" neurona u mozgu odraslih štakora i miševa. Pronađeni su uglavnom u evolucijski drevnim dijelovima mozga: njušnim žaruljama i koru hipokampusa koji su uglavnom odgovorni za emocionalno ponašanje, odgovor na stres i regulaciju spolnih funkcija sisavaca.
Baš kao i kod ptica i nižih kralježnjaka, i kod sisavaca su neuronske matične stanice smještene u blizini bočnih ventrikula mozga. Njihova transformacija u neurone vrlo je intenzivna. U odraslih štakora mjesečno se od matičnih stanica stvori oko 250 000 neurona, koji zamjenjuju 3% svih neurona u hipokampusu. Životni vijek takvih neurona vrlo je velik - do 112 dana. Matične stanice neurona putuju dugo (oko 2 cm). Također su sposobni migrirati do mirisne žarulje, pretvarajući se tamo u neurone.
Mirisne lukovice mozga sisavca odgovorne su za percepciju i primarnu obradu različitih mirisa, uključujući prepoznavanje feromona - tvari koje su po svom kemijskom sastavu bliske spolnim hormonima. Spolno ponašanje glodavaca regulirano je prvenstveno proizvodnjom feromona. Hipokampus se nalazi ispod moždanih hemisfera. Funkcije ove složene strukture povezane su s formiranjem kratkoročnog pamćenja, ostvarivanjem određenih emocija i sudjelovanjem u formiranju seksualnog ponašanja. Prisutnost stalne neurogeneze u mirisnoj žarulji i hipokampusu štakora objašnjava se činjenicom da u glodavaca ove strukture nose glavno funkcionalno opterećenje. Stoga živčane stanice u njima često umiru, što znači da ih treba obnoviti.
Kako bi razumio koji uvjeti utječu na neurogenezu u hipokampusu i njušnoj žarulji, profesor Gage sa Sveučilišta Salk (SAD) sagradio je minijaturni grad. Miševi su se tamo igrali, bavili se tjelesnim odgojem, tražili izlaze iz labirinta. Pokazalo se da su kod "urbanih" miševa novi neuroni nastali u mnogo većem broju nego kod njihovih pasivnih rođaka, zaglibljenih u rutinskom životu u vivariju.
Matične stanice mogu se ukloniti iz mozga i presaditi u drugi dio živčanog sustava, gdje postaju neuroni. Profesor Gage i njegovi kolege proveli su nekoliko sličnih eksperimenata, od kojih je najimpresivniji bio sljedeći. Dio moždanog tkiva koji sadrži matične stanice transplantiran je u uništenu mrežnicu oka štakora. (Unutarnja stijenka oka osjetljiva na svjetlost ima "živčano" podrijetlo: sastoji se od modificiranih neurona - šipki i čunjeva. Kad se sloj osjetljiv na svjetlost uništi, nastupa sljepoća.) Transplantirane matične stanice mozga pretvorile su se u neurone mrežnice, njihovi su procesi došli do vidnog živca, a štakor je vratio vid! Štoviše, tijekom transplantacije moždanih matičnih stanica u netaknuto oko s njima se nisu dogodile nikakve transformacije. Vjerojatno, kada je mrežnica oštećena, nastaju neke tvari (na primjer,takozvani faktori rasta), koji potiču neurogenezu. Međutim, točan mehanizam ove pojave još uvijek nije jasan.
Znanstvenici su bili suočeni sa zadatkom pokazati da se neurogeneza javlja ne samo kod glodavaca, već i kod ljudi. U tu su svrhu istraživači pod vodstvom profesora Gagea nedavno proveli senzacionalni rad. U jednoj od američkih onkoloških klinika skupina bolesnika s neizlječivim malignim novotvorinama uzimala je kemoterapijski lijek bromodioksiuridin. Ova tvar ima važno svojstvo - sposobnost akumuliranja u dijelnim stanicama različitih organa i tkiva. Bromodioksiuridin je ugrađen u DNK majčine stanice i pohranjuje se u kćerke nakon što se majčine stanice podijele. Patološke studije pokazale su da se neuroni koji sadrže bromodioksiuridin nalaze u gotovo svim dijelovima mozga, uključujući moždani korteks. Dakle, ti su neuroni nove stanice koje su nastale dijeljenjem matičnih stanica. Nalaz je bezuvjetno potvrdio da se proces neurogeneze događa i kod odraslih. Ali ako se kod glodavaca neurogeneza javlja samo u hipokampusu, tada kod ljudi vjerojatno postoji mogućnost da zahvati opsežnija područja mozga, uključujući moždani korteks.
Nedavna istraživanja pokazala su da se novi neuroni u mozgu odrasle osobe mogu stvoriti ne samo od matičnih stanica neurona, već i od matičnih stanica krvi. Otkriće ovog fenomena izazvalo je euforiju u znanstvenom svijetu. Međutim, objava u časopisu "Nature" u listopadu 2003. na mnogo je načina ohladila oduševljene umove. Ispostavilo se da matične stanice krvi doista prodiru u mozak, ali se ne pretvaraju u neurone, već se stapaju s njima, tvoreći binuklearne stanice. Tada se "stara" jezgra neurona uništava, a zamjenjuje je "nova" jezgra matičnih stanica krvi. U tijelu štakora matične stanice krvi uglavnom se stapaju s gigantskim stanicama malog mozga - Purkinjeovim stanicama, iako se to događa vrlo rijetko: u cijelom malom mozgu može se naći samo nekoliko spojenih stanica. Intenzivnija fuzija neurona događa se u jetri i srčanom mišiću. Još nije jasno koje je fiziološko značenje u tome. Jedna od hipoteza je da matične stanice krvi nose sa sobom novi genetski materijal, koji ulaskom u "staru" cerebelarnu stanicu produljuje svoj život.
Dakle, novi neuroni mogu nastati iz matičnih stanica čak i u mozgu odrasle osobe. Ovaj se fenomen već široko koristi za liječenje različitih neurodegenerativnih bolesti (bolesti praćenih smrću neurona u mozgu). Pripreme matičnih stanica za transplantaciju dobivaju se na dva načina. Prva je upotreba neuronskih matičnih stanica koje su i u embriju i u odrasloj osobi smještene oko moždanih komora. Drugi je pristup upotreba embrionalnih matičnih stanica. Te stanice nalaze se u unutarnjoj staničnoj masi u ranoj fazi formiranja embrija. Sposobni su transformirati se u gotovo svaku stanicu u tijelu. Najveći izazov u radu s embrionalnim stanicama je natjerati ih da se transformiraju u neurone. Nove tehnologije omogućuju to.
Neke su bolnice u Sjedinjenim Državama već formirale "knjižnice" neuronskih matičnih stanica izvedenih iz embrionalnog tkiva i transplantiraju se pacijentima. Prvi pokušaji transplantacije daju pozitivne rezultate, iako danas liječnici ne mogu riješiti glavni problem takvih transplantacija: rašireno umnožavanje matičnih stanica u 30-40% slučajeva dovodi do stvaranja malignih tumora. Do sada nije pronađen nijedan pristup koji bi spriječio ovu nuspojavu. No, unatoč tome, transplantacija matičnih stanica nesumnjivo će biti jedan od glavnih pristupa u liječenju neurodegenerativnih bolesti poput Alzheimerove i Parkinsonove, koje su postale pošast razvijenih zemalja.
Živčano tkivo se obnavlja u bilo kojoj dobi, - uvjeravao je poznati njemački neuroznanstvenik profesor sa Sveučilišta u Göttingenu Harold Huther. - S 20 godina proces je intenzivan, a sa 70 godina polako. Ali ide.
Znanstvenik je kao primjer naveo opažanje kanadskih kolega starijih redovnica - 100 godina ili više. Magnetska rezonancija pokazala je: mozak im je u redu - nema manifestacija senilne demencije.
A cijela stvar je, prema profesorovom mišljenju, u načinu života i razmišljanja tih žena koje doslovno obnavljaju svoje moždane strukture i vodljivost. A slično se čudo događa zbog činjenice da su redovnice skromne, imaju stabilne ideje o strukturi svijeta, aktivan životni položaj i mole se, nadajući se da će ljude promijeniti na bolje.
Huther je objasnio da je glavni razarač živčanih stanica stres koji također potiskuje sposobnost mozga da se obnavlja. I sklad sa samim sobom tome pridonosi. I to je ono što profesor savjetuje u vezi s tim: mjeriti snove sa stvarnošću, moći organizirati svoj život, a ne ići, kako se kaže, protokom, razumjeti smisao života - barem svoj vlastiti, imati jake društvene veze - dobre odnose s isto toliko ljudi ljudi - posebno oni bliski.
I dalje. Prema Huteru, ništa ne pomaže regeneraciji živčanih stanica više od problema za koji je osoba pronašla rješenje. A kako problemi ne bi bili previše opterećeni, profesor preporučuje da se nešto nauči. Čak i u starosti. Da zadrži ukus za život.
Brzinu regeneracije živčanih stanica izmjerili su švedski znanstvenici s Karolinskog instituta. Pokazalo se da dnevno može doseći 700 novih neurona.
Istraživačima su pomogla … zemaljska nuklearna ispitivanja, koja su provedena 50-ih godina prošlog stoljeća. Tada su jako zagađivali okoliš radioaktivnim izotopom - ugljikom-14. No, njegova je razina pala nakon što je 1963. zabranjena detonacija atomskih bombi u atmosferi.
Živčane stanice ljudi koji su uhvatili prizemne nuklearne eksplozije "isisale" su izotop u povećanoj koncentraciji. Ugrađen je u DNA niti. Znanstvenici su ga koristili za takozvano radiokarbonsko datiranje živih tkiva. Ugljik-14 omogućio je određivanje starosti stanica. I ispostavilo se da su se one - živčane stanice - pojavljivale u različito vrijeme. Odnosno, zajedno sa starim rođeni su i novi.
Isto tako, Kanađani sa Sveučilišta u Torontu pokazali su da su stanice srčanog mišića sposobne za regeneraciju. Živa pumpa 25-godišnjaka sposobna je za stvaranje novorođenih stanica u količini do 1 posto godišnje težine organa. Do 75. godine produktivnost "tvornice" pada na 0,45 posto. Ali uopće ne nestaje.
Zašto se gotovo ne sjećamo svog djetinjstva?
Čini se da su kanadski istraživači iz laboratorija za neurobiologiju u bolnici za bolesnu djecu u Torontu shvatili zašto se većina odraslih ne sjeća što im se dogodilo u prve tri godine života.
"Nije da djeca nisu dobra u stvaranju uspomena", kaže Katherine Akers, jedna od autorica studije. Oni se vrlo dobro oblikuju. Kad je moja kćer imala 3 godine, odvela sam je u zoološki vrt. Detaljno je ispričala o svemu što je vidjela. Sada ima 5 godina - uopće se ne sjeća da je bila u zoološkom vrtu.
Eksperimenti su pokazali da se stari događaji brišu iz sjećanja. Brišu se tijekom rođenja novih moždanih stanica.
Pijete i postajete pametniji?
Isti švedski znanstvenici došli su do zapanjujućeg zaključka. Ako je vjerovati skandaloznim rezultatima njihovih nedavnih istraživanja, nove živčane stanice također rastu redovitim pijenjem. Oni rastu ne bilo gdje, već u glavi - najčiniji, ranjivi dio tijela alkoholičara.
Međutim, znanstvenici su uznemireni, nije sve tako bez oblaka. Zajedno sa stanicama raste i žudnja za alkoholom. U švedskim pokusima, miševi su, naime, napojeni, doista bili obogaćeni živčanim stanicama. Ali istodobno su počeli voljeti votku od vode. Prema profesoru Stephenu Brinu, voditelju istraživanja, to objašnjava činjenicu da ljudi mogu prilično brzo prijeći od umjerene konzumacije alkohola do neobuzdanog pijenja.
