Stanford: Νέα μελέτη αλλάζει την εικόνα για την προέλευση του εγκεφάλου

Νέα μελέτη επιστημόνων της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Stanford υποστηρίζει ότι ο εγκέφαλος δεν προέρχεται από ένα ενιαίο αναπτυξιακό σύστημα, αλλά από δύο διακριτές και αρχαίες νευρικές δομές που εξελίχθηκαν παράλληλα επί εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.

Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «Nature Neuroscience», αμφισβητούν την έως τώρα κυρίαρχη αντίληψη ότι όλες οι περιοχές του εγκεφάλου έχουν κοινή αναπτυξιακή αφετηρία.

Η ερευνητική ομάδα περιγράφει τον ανθρώπινο εγκέφαλο ως τη συνένωση δύο νευρικών συστημάτων: ενός που διαχειρίζεται ζωτικές αυτόματες λειτουργίες και ενός που συνδέεται με τις ανώτερες γνωστικές ικανότητες.

Ο πρόσθιος εγκέφαλος σχετίζεται με λειτουργίες όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη. Ο μέσος εγκέφαλος αποτελεί επίσης μία από τις τρεις βασικές περιοχές του ενήλικου εγκεφάλου, μαζί με τον πρόσθιο και τον οπίσθιο εγκέφαλο.

Ο οπίσθιος εγκέφαλος και οι ζωτικές λειτουργίες

Ο οπίσθιος εγκέφαλος βρίσκεται στο πίσω μέρος του κρανίου και συχνά περιγράφεται ως εγκεφαλικό στέλεχος. Ρυθμίζει διαδικασίες απαραίτητες για την επιβίωση, όπως ο καρδιακός παλμός, η αναπνοή, ο ύπνος και το αίσθημα της πείνας.

Οι νευρώνες του ελέγχουν ακόμη τους μύες του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού. Για τον λόγο αυτό έχουν άμεση σχέση με λειτουργίες όπως η ομιλία και η κατάποση.

Παρά τον κομβικό του ρόλο, η δημιουργία ανθρώπινων νευρώνων του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο παρέμενε ιδιαίτερα δύσκολη για δεκαετίες. Το εμπόδιο αυτό περιόριζε τη μελέτη παθήσεων που επηρεάζουν το εγκεφαλικό στέλεχος, όπως η νωτιαία μυϊκή ατροφία και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση.

Δύο ξεχωριστές αναπτυξιακές πορείες

Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στα πρώτα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, κατά τη γαστριδίωση, δηλαδή στη φάση κατά την οποία αρχίζει να οργανώνεται το σώμα του εμβρύου. Η ανάλυσή τους έδειξε ότι ο οπίσθιος εγκέφαλος δεν σχηματίζεται ως επέκταση της διαδρομής που δημιουργεί τον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο.

Αντίθετα, ο οπίσθιος εγκέφαλος φαίνεται να ακολουθεί τη δική του εξελικτική και αναπτυξιακή πορεία, η οποία εξελίσσεται παράλληλα με εκείνη του πρόσθιου και του μέσου εγκεφάλου.

Για να καταλήξουν στο συμπέρασμα αυτό, οι επιστήμονες μελέτησαν αναπτυσσόμενα έμβρυα ποντικών. Εντόπισαν δύο διαφορετικούς πληθυσμούς πρόδρομων εγκεφαλικών κυττάρων: ο ένας οδηγεί στον σχηματισμό του πρόσθιου και του μέσου εγκεφάλου, ενώ ο άλλος παράγει τον οπίσθιο εγκέφαλο.

Οι δύο πληθυσμοί δεν επικαλύπτονται στα αρχικά στάδια της ανάπτυξης και οι πορείες τους δεν διασταυρώνονται, σύμφωνα με τα δεδομένα της μελέτης.

Εξελικτικά ίχνη 550 εκατομμυρίων ετών

Η ομάδα του Stanford ανέλυσε επίσης στοιχεία από περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια εξελικτικής ιστορίας. Το ίδιο πρότυπο διπλής προέλευσης εντοπίστηκε σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και σκουλήκια βελανιδιού, γνωστά διεθνώς ως acorn worms.

Τα σκουλήκια βελανιδιού ζουν στον πυθμένα των ωκεανών και συνδέονται με τον άνθρωπο μέσω ενός μακρινού κοινού προγόνου. Παράλληλα, οι μέδουσες, οι οποίες απομακρύνθηκαν από τη γενεαλογική γραμμή του ανθρώπου πριν από περίπου 600 έως 700 εκατομμύρια χρόνια, διαθέτουν επίσης δύο νευρικά συστήματα σε διαφορετικά σημεία του σώματός τους.

Τα ευρήματα αυτά ενισχύουν την εκτίμηση ότι η διακριτή προέλευση των δύο μεγάλων εγκεφαλικών συστημάτων είναι εξαιρετικά αρχαία εξελικτική ιδιότητα.

Ανθρώπινοι νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο

Με βάση τη νέα γνώση για την ανάπτυξη του οπίσθιου εγκεφάλου, οι ερευνητές κατάφεραν να κατευθύνουν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ώστε να δημιουργήσουν λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο.

Τα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα έχουν τη δυνατότητα να εξελιχθούν σε κάθε τύπο κυττάρου του ανθρώπινου οργανισμού. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η διαδικασία παρήγαγε νευρώνες με χαρακτηριστικά αντίστοιχα εκείνων που εντοπίζονται στο εγκεφαλικό στέλεχος.

Οι νευρώνες εμφάνισαν κύματα ηλεκτρικής δραστηριότητας και παρήγαγαν πρωτεΐνες που συνδέονται με περιοχές του οπίσθιου εγκεφάλου οι οποίες ελέγχουν τους μύες του προσώπου και τη διαδικασία της κατάποσης.

Νέο εργαλείο για νωτιαία μυϊκή ατροφία και ALS

Η δυνατότητα παραγωγής αυτών των νευρώνων δημιουργεί ένα νέο εργαστηριακό μοντέλο για τη διερεύνηση της νωτιαίας μυϊκής ατροφίας, της αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης ή ALS και άλλων ασθενειών που επηρεάζουν το εγκεφαλικό στέλεχος.

Η μελέτη των συγκεκριμένων παθήσεων ήταν περιορισμένη, καθώς δεν είναι εφικτή η λήψη ιστού από το εγκεφαλικό στέλεχος ζώντων ασθενών. Οι καλλιεργημένοι νευρώνες μπορούν πλέον να βοηθήσουν τους επιστήμονες να εξετάσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τους μηχανισμούς με τους οποίους εμφανίζονται αυτές οι νόσοι και να αξιολογήσουν πιθανές θεραπευτικές προσεγγίσεις.

• Stanford
• εγκέφαλος
• μελέτη