Οι αλλαγές στον αριθμό και τη συμπεριφορά των νευρικών κυττάρων επηρεάζουν τις τυπικές ραυδώσεις στον εγκέφαλο.
Γλώσσα, μνήμη, δημιουργικότητα και σχεδιασμός: όλα αυτά είναι χαρακτηριστικά γνωρίσματα του ανθρώπου, τα οποία οφείλονται στις αξιοσημείωτες ικανότητες του εγκεφάλου μας. Για αυτές τις ιδιότητες, ρόλο παίζει όχι μόνο το μέγεθος του εγκεφάλου μας, αλλά και η πτυχωτή και ραβδωτή δομή του εξωτερικού του στρώματος, του φλοιού του εγκεφάλου.
Μια νέα μελέτη δείχνει τώρα μια σειρά παραγόντων που συμβάλλουν στη δημιουργία πτυχώσεων στον εγκέφαλο: κατά τη διάρκεια της πρώιμης ανάπτυξης του εγκεφάλου, σημαντικοί παράγοντες φαίνεται να είναι κυρίως ο αριθμός των νευρικών κυττάρων, η μετανάστευσή τους κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και οι εμπλεκόμενοι τύποι κυττάρων.
Τα αποτελέσματα μπορούν να παρέχουν νέες ενδείξεις για την ανάπτυξη, την εξέλιξη και την υγεία του εγκεφάλου.
Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του εγκεφάλου
Οι εγκέφαλοι των περισσότερων ζώων είναι λείοι. Ωστόσο, ορισμένα μεγαλύτερα είδη – μεταξύ των οποίων οι άνθρωποι και άλλα πρωτεύοντα θηλαστικά, οι φάλαινες, τα δελφίνια και τα γουρούνια – έχουν πτυχωτό φλοιό με αυλάκια (sulci) και ανυψώσεις (gyri) στην επιφάνειά τους.
Αυτές οι χαρακτηριστικές δομές αυξάνουν την επιφάνεια του εγκεφάλου και συνδέονται με μια ποικιλία ανώτερων γνωστικών λειτουργιών. Ωστόσο, παρόλο που οι πτυχώσεις φαίνεται να προσφέρουν σαφή εξελικτικά πλεονεκτήματα, η προέλευσή τους παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της ανάπτυξης του εγκεφάλου.
Προηγούμενες εργασίες στο τμήμα του Rüdiger Klein στο Ινστιτούτο Βιολογικής Νοημοσύνης “Max Planck” έδειξαν ήδη ότι οι λεγόμενες μοριακές προσκολλήσεις επηρεάζουν τη μετανάστευση των κυττάρων στον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο των ποντικών.
Χωρίς αυτά τα μόρια, τα οποία βοηθούν τα νευρικά κύτταρα να προσκολλώνται μεταξύ τους, τα κύτταρα εξαπλώθηκαν περαιτέρω: Στον κανονικά λείο φλοιό του εγκεφάλου του ποντικιού σχηματίστηκαν αυλακώσεις – παρόμοιες με αυτές που παρατηρούνται στον άνθρωπο.
Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο “Nature Communications”, βασίζεται σε αυτή την εργασία. Εκτός από τις παραπάνω αλλαγές, οι ερευνητές πραγματοποίησαν και άλλες γενετικές τροποποιήσεις.
Αυτές αύξησαν τον αριθμό των προγονικών κυττάρων – δηλαδή των κυττάρων από τα οποία προκύπτουν τα νευρικά κύτταρα.
Συνολικά, οι αλλαγές προκάλεσαν ακόμη μεγαλύτερη πτύχωση του εγκεφάλου σε σχέση με την προηγούμενη μελέτη. Στο φλοιό του εγκεφάλου σχηματίστηκαν πολύπλοκα μοτίβα από αυλακώσεις και ανυψώσεις. Με τη βοήθεια γενετικών μεθόδων, οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι η αύξηση του αριθμού των διαφορετικών προγονικών κυττάρων έχει συγκεκριμένη επίδραση στο σχηματισμό αυλακώσεων ή ανυψώσεων.
Πολλοί παράγοντες διαμορφώνουν τον φλοιό του εγκεφάλου
“Πιστεύεται ότι οι πτυχώσεις στον εγκέφαλό μας δημιουργούνται, αφενός, από την ταχεία κυτταρική ανάπτυξη και, αφετέρου, από τη μετανάστευση των νευρικών κυττάρων κατά τη διάρκεια της εγκεφαλικής ανάπτυξης», λέει η Seung Hee Chun, μεταδιδακτορική ερευνήτρια και πρώτη συγγραφέας της μελέτης.
“Ωστόσο, μέχρι σήμερα δεν ήταν πλήρως κατανοητό πώς αλληλεπιδρούν αυτές οι διαδικασίες για να σχηματίσουν τις χαρακτηριστικές αυλακώσεις – πτυχώσεις – ραβδώσεις του εγκεφάλου. Η μελέτη μας υποδηλώνει ότι η διαδικασία αυτή προωθείται από ένα συνδυασμό πολλών παραγόντων: τη μετακίνηση των κυττάρων, το πόσο στενά συνδέονται τα νευρικά κύτταρα κατά τη μετακίνησή τους και την πυκνότητα των κυττάρων”.
Για τη μελέτη τους, οι ερευνητές συνδύασαν ειδικά μοντέλα ποντικών, αλληλούχιση μεμονωμένων κυττάρων και υπολογιστικές προσομοιώσεις. Είναι ενδιαφέρον ότι τα αποτελέσματα υποδηλώνουν επίσης ότι ο τύπος των νευρωνικών προγονικών κυττάρων παίζει ρόλο στη διαμόρφωση των αυλακώσεων.
Η αύξηση του αριθμού των λεγόμενων ενδιάμεσων προγονικών κυττάρων ευνοούσε τη διαμόρφωση των αυλακώσεων. Αντίθετα, η αύξηση μιας άλλης ομάδας νευρικών κυττάρων, των λεγόμενων κορυφαίων προγονικών κυττάρων, στο πρώιμο στάδιο ανάπτυξης του εγκεφάλου οδήγησε στο σχηματισμό εγκεφαλικών ελίκων.
“Με αυτά τα ευρήματα, μπορούμε τώρα να διερευνήσουμε πώς άλλοι κυτταρικοί, γενετικοί και μηχανικοί παράγοντες επηρεάζουν την ανάπτυξη του φλοιού του εγκεφάλου”, λέει ο Rüdiger Klein, διευθυντής του Ινστιτούτου Βιολογικής Νοημοσύνης Max Planck.
“Ακόμη και στους ανθρώπους, τα μοτίβα πτύχωσης του φλοιού του εγκεφάλου μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από άτομο σε άτομο. Αν κατανοήσουμε από πού προέρχονται αυτές οι διαφορές, μπορούμε να μάθουμε πολλά για την ανάπτυξη του εγκεφάλου – και πώς η μορφή του εγκεφάλου σχετίζεται με τη λειτουργία, την εξέλιξη, τη συμπεριφορά και την υγεία”.
Πηγές:
Ινστιτούτο Βιολογικής Νοημοσύνης “Max Planck” – Nature Communications, https://www.iatronet.gr/article/134808/nees-endeixeis-gia-thn-anaptyxh-exelixh-kai-ygeia-toy-egkefaloy
