Ο εγκέφαλός μας μπορεί να μην είναι τόσο «ενιαίος» όσο πιστεύαμε. Νέα μελέτη δείχνει ότι το μπροστινό και το πίσω τμήμα του εγκεφάλου προέρχονται από δύο διαφορετικούς πληθυσμούς κυττάρων ήδη από τα πρώτα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, ενισχύοντας την ιδέα ότι το ανθρώπινο μυαλό αποτελεί στην πραγματικότητα έναν εξελικτικό «γάμο» δύο πολύ αρχαιότερων νευρικών συστημάτων.
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο Nature Neuroscience από ομάδα επιστημόνων του Stanford, δείχνει ότι ο πρόσθιος και ο μέσος εγκέφαλος, από τη μία πλευρά, και ο οπίσθιος εγκέφαλος, από την άλλη, ακολουθούν εξαρχής διαφορετικές αναπτυξιακές διαδρομές. Οι δύο περιοχές δεν προκύπτουν από έναν κοινό πρόδρομο κυτταρικό πληθυσμό, όπως θεωρούνταν μέχρι σήμερα.
Οι ερευνητές ξεκίνησαν μελετώντας έμβρυα ποντικιών και εντόπισαν δύο διαφορετικούς τύπους πρόδρομων κυττάρων. Ο ένας εκφράζει το γονίδιο OTX2 και εξελίσσεται στον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο, ενώ ο δεύτερος εκφράζει το GBX2 και οδηγεί στον σχηματισμό του οπίσθιου εγκεφάλου.
Το εύρημα επιβεβαιώθηκε στη συνέχεια και με ανθρώπινα κύτταρα στο εργαστήριο. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι δύο περιοχές του εγκεφάλου διατηρούν διαφορετικές αναπτυξιακές «ταυτότητες» από πολύ νωρίς.
«Δείξαμε για πρώτη φορά ότι το μπροστινό τμήμα του εγκεφάλου προέρχεται από ένα εντελώς διαφορετικό πρόδρομο κύτταρο από το πίσω τμήμα», δήλωσε ο Κάιλ Λο, καθηγητής Αναπτυξιακής Βιολογίας στο Stanford και επικεφαλής της μελέτης.
Η ανακάλυψη λύνει παράλληλα ένα πρόβλημα που ταλαιπωρούσε εδώ και χρόνια τους επιστήμονες. Η καλλιέργεια ανθρώπινων κυττάρων του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο ήταν ιδιαίτερα δύσκολη, επειδή οι ερευνητές προσπαθούσαν να τα δημιουργήσουν από κύτταρα που στην πραγματικότητα ήταν προγραμματισμένα να εξελιχθούν σε κύτταρα του πρόσθιου και του μέσου εγκεφάλου.
Ακολουθώντας πλέον τη σωστή αναπτυξιακή διαδρομή, η ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει για πρώτη φορά στο εργαστήριο λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του ανθρώπινου οπίσθιου εγκεφάλου. Το αποτέλεσμα μπορεί να αποδειχθεί ιδιαίτερα σημαντικό για την έρευνα νευροεκφυλιστικών ασθενειών.
Ο οπίσθιος εγκέφαλος ελέγχει ορισμένες από τις πιο βασικές λειτουργίες που κρατούν τον οργανισμό στη ζωή, όπως η αναπνοή, ο ύπνος, η κατάποση και ο καρδιακός ρυθμός. Ο πρόσθιος εγκέφαλος, αντίθετα, συνδέεται με πιο σύνθετες λειτουργίες, όπως η μνήμη, η σκέψη και η δημιουργικότητα.
Αυτό σημαίνει ότι οι νέοι ανθρώπινοι νευρώνες που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο μπορούν να προσφέρουν ένα νέο μοντέλο για τη μελέτη ασθενειών όπως η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) και η νωτιαία μυϊκή ατροφία, οι οποίες επηρεάζουν μεταξύ άλλων την ομιλία και την κατάποση.
Η νέα γνώση μπορεί να βοηθήσει και στην κατανόηση του τρόπου δράσης των φαρμάκων GLP-1. Προηγούμενες έρευνες σε ποντίκια έχουν δείξει ότι φάρμακα όπως το Ozempic και το Wegovy μπορούν να καταστείλουν την όρεξη μέσω της δράσης τους στον οπίσθιο εγκέφαλο.
Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο της μελέτης, ωστόσο, βρίσκεται βαθιά στην εξελικτική ιστορία.
Οι ερευνητές εξέτασαν την ανάπτυξη του νευρικού συστήματος σε διαφορετικά είδη, μεταξύ άλλων σε κοτόπουλα, ζέβρα ψάρια και σκώληκες βελανιδιού. Και στα είδη αυτά εντόπισαν την ίδια βασική διάκριση ανάμεσα σε δύο διαφορετικούς πληθυσμούς πρόδρομων κυττάρων.
Αυτό υποδηλώνει ότι ο διπλός αναπτυξιακός «σχεδιασμός» του εγκεφάλου μπορεί να έχει ηλικία τουλάχιστον 550 εκατομμυρίων ετών, δηλαδή να ανάγεται σε μια εποχή πολύ πριν από την εμφάνιση των σύγχρονων σπονδυλωτών.
Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι οι μέδουσες, από τις οποίες η εξελικτική μας γραμμή διαχωρίστηκε περίπου 600 έως 700 εκατομμύρια χρόνια πριν, διαθέτουν δύο ξεχωριστά νευρικά συστήματα. Αυτό οδήγησε τους ερευνητές στην υπόθεση ότι οι μακρινοί πρόγονοί μας μπορεί να «ένωσαν» δύο αρχαία νευρικά συστήματα, δημιουργώντας σταδιακά το ενιαίο όργανο που σήμερα αποκαλούμε εγκέφαλο.
«Η εξέλιξη πήρε δύο υπάρχοντα νευρικά συστήματα και τα έφερε χωρικά πιο κοντά», εξηγεί ο Λο. Η ένωση αυτή μπορεί να έκανε την επικοινωνία μεταξύ τους πιο αποτελεσματική, διατηρώντας παράλληλα τον αρχικό διαχωρισμό τους.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι αυτή η «διπλή» αρχιτεκτονική μπορεί να είχε και ένα απρόσμενο εξελικτικό πλεονέκτημα. Καθώς ο οπίσθιος εγκέφαλος αναλάμβανε τις απολύτως απαραίτητες λειτουργίες, όπως η αναπνοή και ο καρδιακός ρυθμός, η εξέλιξη μπορούσε να πειραματίζεται περισσότερο με τον πρόσθιο εγκέφαλο, χωρίς να διακινδυνεύει τις βασικές λειτουργίες του οργανισμού.
Με άλλα λόγια, η ίδια η δομή του εγκεφάλου μπορεί να έδωσε στην εξέλιξη τον «χώρο» για να πειραματιστεί με τη μνήμη, τη δημιουργικότητα και τις πιο σύνθετες μορφές σκέψης.
Με πληροφορίες από Newscientist / Nature Neuroscience / Thetimes.com / Lede-v2.nautil.us
