Το ανθρώπινο εγκέφαλος αποτελείται από δύο όργανα που ενώθηκαν μέσω της εξέλιξης

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Neuroscience στις 18 Σεπτεμβρίου ανέτρεψε μια θεμελιώδη παραδοχή στη νευροεπιστήμη: ο ανθρώπινος εγκέφαλος, που αντιμετωπιζόταν επί μακρόν ως ένα ενιαίο όργανο με κοινή αναπτυξιακή προέλευση, φαίνεται να αποτελείται από δύο αρχαία νευρικά συστήματα που ενώθηκαν κατά τη διάρκεια περισσότερων από 500 εκατομμυρίων ετών εξέλιξης.sciencedaily

Ερευνητές της Stanford Medicine διαπίστωσαν ότι ο πρόσθιος και ο μέσος εγκέφαλος προέρχονται από έναν πληθυσμό προγονικών κυττάρων, ενώ ο οπίσθιος εγκέφαλος αναπτύσσεται από έναν εντελώς διαφορετικό τύπο πρώιμων κυττάρων. Τα δύο συστήματα ακολουθούν διακριτές αναπτυξιακές οδούς από τα πρώτα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης και δεν αλληλοεπικαλύπτονται ποτέ.sciencedaily

"Δείξαμε για πρώτη φορά ότι το μπροστινό μέρος του εγκεφάλου προέρχεται από ένα εντελώς διαφορετικό προγονικό κύτταρο από το πίσω μέρος του εγκεφάλου", δήλωσε ο Kyle Loh, αναπληρωτής καθηγητής αναπτυξιακής βιολογίας και κύριος συγγραφέας της μελέτης.iosconews+1

Δύο συστήματα, δύο ρόλοι

Ο πρόσθιος εγκέφαλος υποστηρίζει ανώτερες ικανότητες, όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη. Ο οπίσθιος εγκέφαλος, συχνά αποκαλούμενος εγκεφαλικό στέλεχος, ελέγχει αυτόματες λειτουργίες επιβίωσης, όπως η αναπνοή, η ρύθμιση του καρδιακού παλμού, ο ύπνος και η πείνα.sciencedaily

Οι ερευνητές μελέτησαν αναπτυσσόμενα έμβρυα ποντικιών και διαπίστωσαν ότι οι πρόγονοι του πρόσθιου και του μέσου εγκεφάλου εκφράζουν ένα γονίδιο που ονομάζεται Otx2, ενώ ένας ξεχωριστός πληθυσμός που εκφράζει το Gbx2 δημιουργεί τον οπίσθιο εγκέφαλο. Η ανάλυση της χρωματίνης, του υλικού που συσκευάζει το DNA μέσα στα κύτταρα, επιβεβαίωσε ότι οι δύο πληθυσμοί είναι προγραμματισμένοι για ξεχωριστές αναπτυξιακές πορείες από την αρχή.sciencedaily

Μια σημαντική εξέλιξη για την έρευνα ασθενειών

Η ανακάλυψη έλυσε ένα μακροχρόνιο εργαστηριακό πρόβλημα. Για δεκαετίες, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να καλλιεργήσουν νευρώνες οπίσθιου εγκεφάλου in vitro, πιθανότατα επειδή προσπαθούσαν να μετατρέψουν προγόνους του πρόσθιου εγκεφάλου σε κύτταρα οπίσθιου εγκεφάλου, κάτι που η μελέτη δείχνει ότι δεν είναι δυνατό.sciencedaily

Με τη νέα αυτή γνώση, η ομάδα καθοδήγησε με επιτυχία ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ώστε να γίνουν λειτουργικοί κινητικοί νευρώνες οπίσθιου εγκεφάλου για πρώτη φορά. Τα κύτταρα που καλλιεργήθηκαν στο εργαστήριο παρήγαγαν ηλεκτρικά σήματα και συνέθεσαν πρωτεΐνες που σχετίζονται με συγκεκριμένες περιοχές του οπίσθιου εγκεφάλου που ελέγχουν τους μύες του προσώπου και της κατάποσης.sciencedaily

Η πρόοδος αυτή ανοίγει νέους δρόμους για τη μελέτη ασθενειών που καταστρέφουν το εγκεφαλικό στέλεχος, συμπεριλαμβανομένης της αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης και της νωτιαίας μυϊκής ατροφίας, μιας κύριας γενετικής αιτίας θανάτου σε παιδιά κάτω του ενός έτους.sciencedaily

Ένα αρχαίο εξελικτικό πρότυπο

Η ομάδα εντόπισε το πρότυπο του εγκεφάλου με τη διπλή προέλευση σε βάθος 550 εκατομμυρίων ετών εξελικτικής ιστορίας, βρίσκοντας την ίδια διάταξη σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και βελονόγλωσσα, μικρά πλάσματα του βυθού που μοιράζονται έναν μακρινό κοινό πρόγονο με τους ανθρώπους.iosconews+1

"Η έρευνά μας υποδηλώνει ότι η εξέλιξη πήρε δύο υπάρχοντα νευρικά συστήματα και τα ένωσε χωρικά", δήλωσε ο Loh. "Το να έχουμε τον εγκέφαλο ως ένα όργανο θα ήταν πιθανώς πιο αποτελεσματικό, αλλά βασιζόμαστε σε αυτόν τον πρωταρχικό τρόπο για να φτιάξουμε τον εγκέφαλο ως δύο ξεχωριστά κομμάτια".sciencedaily