Vzpamatovávají se.

V červnu 2013 publikoval vědecký časopis Cell práci velké mezinárodní skupiny výzkumníků ze Švédska, Francie, Německa a USA. Vědci v něm poskytli důkazy o neurogenezi – zrození nových nervových buněk – v mozku dospělých.

Vědci použili metodu založenou na radiokarbonovém datování, která jim umožnila retrospektivně studovat mozkové buňky zesnulých lidí. Změřili hladiny radioaktivního izotopu uhlíku, uhlíku-14, v mozkových buňkách lidí, kteří žili v letech 1955 až 1963. Proč právě v tomto období? V této době SSSR a USA aktivně testovaly jaderné zbraně a v důsledku těchto testů se množství radioaktivního uhlíku-14 v atmosféře prudce zvýšilo. Nejprve byl tento izotop akumulován rostlinami a zvířaty, které tyto rostliny jedly, a poté se spolu s jídlem dostal do lidského těla. A pak byl integrován do DNA nově vznikajících buněk a stal se jakýmsi markerem, podle kterého bylo možné určit dobu integrace. Když vědci zkoumali mozkové buňky lidí, kteří žili v letech 1955 až 1963, koncentrace uhlíku-14 v nich přímo ukázala, že tyto buňky vznikly v dospělosti. To poskytlo další potvrzení neurogeneze. Ale to je, dalo by se říci, téměř úplný konec příběhu.

Vše začalo na přelomu 1913. a XNUMX. století, kdy neurobiologie teprve vznikala. Poté nositel Nobelovy ceny Santiago Ramon y Cajal zformuloval slavné dogma, jehož ozvěnu slýcháme dodnes: nervové buňky v dospělém mozku se neregenerují. V roce XNUMX napsal: „Centra dospělého mozku představují něco ustáleného, ​​úplného a neměnného. Všechno může zemřít, nic nelze obnovit. Povoláním vědy budoucnosti je změnit tuto tvrdou větu, pokud je to možné.“ Trvalo mnoho let a značného úsilí nadšených badatelů, kteří riskovali svou vědeckou reputaci, aby prolomili pevně zakořeněný stereotyp a ukázali, že Ramon y Cajal nemusí doufat v budoucnost, ale stačí se podívat blíže – příroda už jeho problém vyřešila.

Prvním, kdo dokázal částečně otřást názorem na nemožnost obnovy nervových buněk, byl americký biolog Joseph Altman. V roce 1962 v časopise Věda Vydal první ze svých přelomových děl. Altman injikoval krysám tritiem značený nukleotid, thymidin. V tělech potkanů ​​byl thymidin díky svým vlastnostem zabudován do syntetizované DNA. Altman poté prozkoumal mozky krys a zjistil, že právě v DNA mozkových buněk bylo nalezeno radioaktivní tritium, které bylo značeno thymidinem. A protože tento nukleotid mohl být integrován pouze do nové DNA vytvořené během buněčného dělení, byl výzkumník nucen učinit senzační závěr: v dospělém mozku se objevují nové nervové buňky! Ústřední dogma neurovědy bylo po výrazném úderu otřeseno, ale nevzdalo se tak rychle.

Jak se často stává, když se narušují stereotypy, Altmanovi kolegové vědci zaujali k jeho výsledkům nepřátelský postoj a připisovali získaná data technickým chybám. Kvůli tomuto postoji musel vědec svůj výzkum omezit, protože ho jeho sponzoři připravili o finance. Po Altmanovi se další nadšenec, americký biolog Michael Kaplan, chopil nervových buněk na vlastní nebezpečí. V roce 1977 publikoval výsledky svých studií mozkových neuronů krys. Stejně jako Altman byl schopen detekovat radioaktivně značený thymidin v DNA mozkových buněk. Ale kromě toho byl Kaplan schopen vidět v elektronovém mikroskopu charakteristické rysy novorozených neuronů – synaptické kontakty s jinými neurony v mozku. Po těchto pracích vědec provedl další sérii studií, tentokrát s mozkem makaků, ale nikdy nebyl schopen získat uznání od svých kolegů, ačkoli jeho práce byly publikovány v nejuznávanějších vědeckých časopisech. Dogma neurobiologie praskalo ve švech, ale dál se drželo silou víry.

Uplynula další dvě desetiletí, než se těmto dílům dostalo dalšího potvrzení. A to bylo získáno na Rockefellerově univerzitě dost nečekaným způsobem. Profesor této univerzity, Fernando Nottebohm, se biologii pěvců dlouhodobě zabývá. Zajímalo by mě, co se přesně s kanárky děje Serinus canariaKdyž se učí nové písně, Nottebohm navrhl, že se jedná o změny v mozku ptáků. A měl pravdu: zjistil, že na jaře v období páření se u samců kanárů zvýšil počet neuronů v mozku, a to ve strukturách odpovědných za zpěv a učení (tzv. vokální centrum)! „Byl to skutečný šok, protože nás učili, že mozek dospělých si navždy zachovává stejnou velikost, stejné buňky. To byl nepopiratelný fakt o mozku. Jak by mohl být větší? “Bylo to v rozporu se vším, co jsem se kdy naučil,” vzpomínal později vědec.

Dlouho zažitá víra, že nervové buňky jsou stabilní, se začala hroutit. Koncem 90. let, po experimentech s hlodavci, ptáky a opicemi, bylo potvrzeno zrození nových neuronů v lidském mozku. Dogma bylo nakonec svrženo v roce 1998 švédskými neurobiology z Göteborského neurologického institutu. Profesor Peter Eriksson a jeho kolegové zkoumali posmrtnou mozkovou tkáň pacientů, kteří souhlasili s užíváním syntetického analogu thymidinu, bromodeoxyuridinu, kvůli vědě. Tento nukleotid, stejně jako thymidin, je schopen integrace do DNA nově vytvořených buněk. Švédští vědci byli schopni vidět, že nové neurony se spolehlivě objevují v gyrus dentatus hippocampu. To naznačuje, že lidský hippocampus si zachovává svou schopnost generovat neurony po celý život. Neurogeneze v lidském mozku byla definitivně prokázána. Téměř sto let poté, co Ramon y Cajal zformuloval svůj dogmatický „zákaz“ obnovy nervových buněk, skončila epická bitva mezi „revolucionáři“ a „konzervativci“ vítězstvím těch prvních.

Nyní bylo nutné objasnit všechny podrobnosti jevu, který byl přesto objeven. Jaký je rozsah neurogeneze v mozku dospělých savců a ve kterých oblastech mozku se vyskytuje? Jaká je jeho fyziologická funkce? A jedna z nejdůležitějších otázek, před nimiž stojí biologové, by mohla mít velký praktický význam: ovlivňují vnější faktory procesy neurogeneze a lze je zlepšit? Na všechny tyto otázky již dnes umíme víceméně spolehlivě odpovědět.

Hlavní funkcí neurogeneze v těle je doplnění mozkových neuronů ztracených přirozeně (během stárnutí) nebo v důsledku nemoci a zranění. Ukazuje se také, že neurogeneze hraje důležitou roli při učení a tvorbě paměti. Vzhled nových buněk v mozku probíhá v několika fázích. Nejprve nastává fáze expanze, dělení nervových kmenových buněk mozku: kmenová buňka se rozdělí na dvě, z nichž jedna se změní na prekurzorovou buňku (dělící se nervový prekurzor), rovněž schopnou dělení. Toto je nejkratší fáze: její trvání je něco málo přes den. Další fáze trvá asi 10 dní: dochází k dělení prekurzorových buněk a migraci z nich vytvořených buněk do jejich konečného „místa pobytu“. A v konečné fázi se migrovaná buňka po dosažení svého cíle promění v nový neuron nebo v buňku, která jej podporuje – astrocyt nebo oligodendrocyt.

Ale to není konec. Aby nově vzniklá nervová buňka přežila, musí získat synaptické kontakty s jinými buňkami, to znamená organicky se začlenit do struktury mozku, zapojit se do buněčného kolektivu. A nová spojení mezi neurony se objevují, když se člověk dozví nějaké informace – proto je pro proces neurogeneze tak důležité, aby mozek aktivně pracoval. Buňky, které nevytvářejí taková spojení se svými sousedy, se stávají nadbytečnými a umírají. Celý cyklus neurogeneze od začátku do konce trvá asi sedm týdnů. Předpokládá se, že v lidském hipokampu se denně narodí asi 700 nových neuronů.

Zde je nutné poznamenat fakt, že vědci zatím nemají zcela jasno v množství a obnově samotných mozkových kmenových buněk. V roce 2011 dvě skupiny výzkumníků z Cold Spring Harbor Laboratory a Johns Hopkins University předložily vědecké komunitě dvě přímo protichůdné hypotézy v této věci. První vědci, které německý neurobiolog Gerd Kempermann nazval „pesimisty“, vyslovili model, podle kterého je počet kmenových buněk v mozku uložen v děloze a ty se pak během života neobnovují, ale prostě se vyčerpají. V této situaci se pokusy vědců a lékařů o umělou stimulaci neurogeneze (u starších nebo nezdravých lidí) mohou ukázat jako neočekávaná stránka a způsobit škodu místo užitku. Uměle stimulované kmenové buňky předčasně dojdou a člověk zůstane bezbranný bez potřebného přísunu.

Optimističtější scénář, popsaný Michaelem Wheelerem a kolegy z Johns Hopkins University, je ten, že v dospělém mozku se zásoba kmenových buněk neustále obnovuje a stimulace neurogeneze prospívá zdraví. Po rozdělení se kmenová buňka změní na dvě, z nichž jedna (dceřiná) se stane novým neuronem a druhá zůstane kmenovou buňkou, čímž vzniknou nové neurony ještě mnohokrát. Rád bych věřil, že „optimisté“ mají pravdu. Zdálo by se, že potvrzení jejich slov můžeme vidět na vlastní oči každý den: veselí, úspěšní a sportovně založení lidé zpravidla žijí déle a mají lepší zdraví. A tělesná výchova a pozitivní emoce, jak je již spolehlivě známo, přímo stimulují neurogenezi. Ale o tom více níže.

Předpokládá se, že k neurogenezi u savců dochází primárně ve dvou oblastech mozku: čichový bulbus a gyrus dentatus hippocampu. Čas od času se v tisku objeví zprávy o objevu nových nervových buněk v jiných mozkových strukturách, ale po testování se všechny ukážou jako nedostatečně přesvědčivé a většina vědců je stále odmítá. Ale to, o čem jsme dnes přesvědčeni, není tak málo.

Pro čichový bulbus lidského mozku není výskyt nových buněk typický, a pokud k němu dojde, pak ve velmi malém množství. To je způsobeno naší zvláštností, že špatně používáme čich. U mnoha zvířat je naopak dobrý čich někdy na prvním místě mezi všemi dostupnými smysly. Z technických důvodů byla neurogeneze obecně a zvláště v čichovém bulbu nejlépe studována u experimentálních hlodavců. Je již známo, že nové neurony se v této oblasti objevují u krys během páření a březosti: krysy využívají čich k tomu, aby si našly partnery a následně rozpoznaly svá mláďata. Pokusy byly prováděny tam, kde měly myši ucpané nosní průchody, což jim znemožňovalo cítit pach. Myší mozek na takové „triky“ okamžitě zareagoval prudkým snížením objemu čichových bulbů – počet neuronů v nich klesl. A když byl čich obnoven, tyto oblasti mozku myší rychle získaly svůj předchozí tvar.

Je také známo, že prostředí má mimořádný vliv na obnovu nervových buněk. Nové zážitky, pohodlné a pohodlné životní podmínky stimulují neurogenezi. Nejstarší práce, které umožnily tento jev objevit, byly provedeny na konci 90. let minulého století. Profesor Fred Gage a jeho kolegové prováděli pokusy s hlodavci, kteří byli rozděleni do dvou skupin. V miniaturním městečku sestávajícím z mnoha labyrintů žila skupinka „šťastných“ myší. Dobré krmení, neustálý pohyb a hledání východů z bludiště vedlo k tomu, že vědci dokázali zaznamenat zvýšenou neurogenetickou aktivitu v hipokampu myší. U druhé skupiny hlodavců, kteří byli celou dobu chováni ve viváriu a žili nudným, monotónním životem, nebyly nalezeny žádné nové neurony. Tyto experimenty byly následně mnohokrát potvrzeny a dnes je vliv „obohaceného prostředí“ na neurogenezi považován za pevně stanovený.

V neposlední řadě je zrod nových neuronů pod vlivem komfortního „obohaceného prostředí“ spojen s „hormony štěstí“ – dopaminem a serotoninem. Již bylo prokázáno, že tyto dva hormony mají velmi důležitý a pozitivní vliv na obnovu nervových buněk. Proto je pro funkci mozku tak důležitý pozitivní přístup. Bylo tedy zjištěno, že když hladina serotoninu v mozku během deprese klesne, neurogeneze se také okamžitě zpomalí. Vzhledem k tomu, že se současně zhoršuje i funkce paměti, lze předpokládat, že existuje nějaký ochranný mechanismus, který člověku pomáhá zapomenout na minulé potíže, které depresi způsobily. Užívání antidepresiv, která jsou zaměřena na zvýšení serotoninu v mozku, také zvyšuje neurogenezi.

Stresové hormony, glukokortikoidy, mají opačný účinek než serotonin, pevně a spolehlivě blokují zrod nervových buněk. Proto se stres a dobrá funkce mozku neslučují. Téměř všechny špatné návyky moderních lidí se také ukázaly jako špatně slučitelné s neurogenezí: kouření, pití alkoholu, sedavý způsob života a obžerství. Velmi nedávná studie ukázala, že alkohol má velmi negativní a cílený účinek na neurální kmenové buňky. Navíc se ukázalo, že ženské tělo je vůči škodlivým účinkům alkoholu zranitelnější než tělo mužské.

Ne náhodou skončili v rizikové skupině pro neurogenezi i milovníci hamburgerů, sodovek a sladkých buchet. Ukazuje se, že nadváha může mít velmi negativní dopad na obnovu neuronů. Tuk kolem pasu, který se hromadí ve velkém množství, stimuluje zánět v těle a uvolňuje zánětlivé látky, cytokiny, do krve. A tyto cytokiny, které se dostaly do mozku, budou narušovat zrození nových buněk. Nadbytečné tukové zásoby navíc v těle způsobují oxidační stres, který má za následek aktivaci jaderného transkripčního faktoru NF-kB, který zároveň blokuje neurogenezi. To je důvod, proč strava hraje tak velkou roli ve funkci mozku.

Obecně, jak vědci zjistili, neurogeneze se ukázala jako extrémně „plachá“ a téměř jakákoli odchylka v těle potlačuje zrození nervových buněk. Ale jsou tu i dobré zprávy! Osoba, která dodržuje dietu a cvičí, má všechny šance na udržení normální funkce mozku až do vysokého věku. Četné experimenty neurobiologů jasně prokázaly, jak blahodárně působí fyzické cvičení na činnost mozku a obnovu jeho buněk. Bylo například prokázáno, že prodloužený běh významně zvyšuje hladiny dvou látek, které stimulují neurogenezi: BDNF a VGF. Můžeme tedy s jistotou říci, že člověk běháním, plaváním a šlapáním posiluje nejen svaly a oběhový systém, ale také mozek.

Alexej Ržeševskij