Základy mozku: Život a smrt neuronu

Základy mozku: Život a smrt neuronu

Vyžádejte si zdarma brožuru zasílanou poštou

Úvod
Architektura neuronu
Zrození
Migrace
Diferenciace
Smrt
Naděje prostřednictvím výzkumu

Úvod

Do nedávna si většina neurovědců myslela, že se rodíme se všemi neurony, které kdy budeme mít. V dětství si možná vytvoříme nějaké nové neurony, které nám pomohou vybudovat dráhy – tzv. nervové obvody – které fungují jako informační dálnice mezi různými oblastmi mozku. Vědci se však domnívali, že jakmile je neuronový okruh jednou vytvořen, přidání jakýchkoli nových neuronů by narušilo tok informací a vyřadilo komunikační systém mozku.

V roce 1962 vědec Joseph Altman toto přesvědčení zpochybnil, když si všiml důkazů neurogeneze (zrodu neuronů) v oblasti mozku dospělého potkana zvané hipokampus. Později uvedl, že nově narozené neurony migrují ze svého rodiště v hipokampu do jiných částí mozku. V roce 1979 jiný vědec, Michael Kaplan, potvrdil Altmanovy nálezy v mozku potkana a v roce 1983 našel nervové prekurzory v předním mozku dospělé opice.

Tyto objevy o neurogenezi v dospělém mozku byly překvapivé pro ostatní vědce, kteří si nemysleli, že by mohly být pravdivé u člověka. Počátkem 80. let 20. století však jeden z vědců, který se snažil pochopit, jak se ptáci učí zpívat, navrhl, aby se neurovědci znovu podívali na neurogenezi v dospělém mozku a začali zjišťovat, jaký to může mít smysl. Fernando Nottebohm a jeho výzkumný tým v sérii experimentů prokázali, že počet neuronů v předních mozcích kanárčích samců se v období páření dramaticky zvyšuje. Bylo to ve stejném období, kdy se ptáci museli naučit nové písně, aby přilákali samičky.

Proč těmto ptačím mozkům přibylo neuronů v tak kritickém období učení? Nottebohm se domníval, že to bylo proto, že čerstvé neurony pomáhaly ukládat nové vzory zpěvu v nervových obvodech předního mozku, což je oblast mozku, která řídí složité chování. Tyto nové neurony umožnily učení. Pokud si ptáci vytvářeli nové neurony, které jim pomáhaly zapamatovat si a učit se, Nottebohm se domníval, že mozky savců by mohly být také.

Jiní vědci se domnívali, že tyto poznatky nemohou platit pro savce, ale Elizabeth Gouldová později našla důkazy o nově vznikajících neuronech ve zvláštní oblasti mozku u opic a Fred Gage a Peter Eriksson prokázali, že dospělý lidský mozek produkuje nové neurony v podobné oblasti.

Pro některé neurovědce je neurogeneze v dospělém mozku stále neprokázanou teorií. Jiní se však domnívají, že tyto důkazy nabízejí zajímavé možnosti o úloze neuronů generovaných dospělými lidmi při učení a paměti.

Architektura neuronu

Centrální nervový systém (který zahrnuje mozek a míchu) se skládá ze dvou základních typů buněk: neuronů (1) a glie (4) &(6). V některých částech mozku převažují glie nad neurony, ale neurony jsou klíčovými hráči v mozku.

Neurony jsou posly informací. Pomocí elektrických impulzů a chemických signálů přenášejí informace mezi různými oblastmi mozku a mezi mozkem a zbytkem nervového systému. Vše, co myslíme, cítíme a děláme, by nebylo možné bez práce neuronů a jejich podpůrných buněk, gliových buněk zvaných astrocyty (4) a oligodendrocyty (6).

Neurony mají tři základní části: buněčné tělo a dvě prodloužení zvaná axon (5) a dendrit (3). Uvnitř buněčného těla se nachází jádro (2), které řídí činnost buňky a obsahuje její genetický materiál. Axon vypadá jako dlouhý ocas a přenáší zprávy z buňky. Dendrity vypadají jako větve stromu a přijímají zprávy pro buňku. Neurony mezi sebou komunikují vysíláním chemických látek, tzv. neurotransmiterů, přes malý prostor, tzv. synapsi, mezi axony a dendrity sousedních neuronů.

Existují tři třídy neuronů:

1. Smyslové neurony přenášejí informace ze smyslových orgánů (např. očí a uší) do mozku.
2. Motorické neurony řídí dobrovolnou svalovou činnost, například mluvení, a přenášejí zprávy z nervových buněk v mozku do svalů.
3. Všechny ostatní neurony se nazývají interneurony.

Vědci se domnívají, že neurony jsou nejrozmanitějším druhem buněk v těle. V rámci těchto tří tříd neuronů existují stovky různých typů, z nichž každý má specifické schopnosti přenášet zprávy.

To, jak spolu tyto neurony komunikují navazováním spojení, je to, co činí každého z nás jedinečným v tom, jak myslíme, cítíme a jednáme.

Zrození

Míra, do jaké se v mozku vytvářejí nové neurony, je mezi neurovědci kontroverzním tématem. Přestože většina neuronů je v našem mozku přítomna již v době našeho narození, existují důkazy, které potvrzují, že neurogeneze (vědecký výraz pro zrod neuronů) je celoživotní proces.

Neurony se rodí v oblastech mozku, které jsou bohaté na koncentraci nervových prekurzorů (nazývaných také nervové kmenové buňky). Tyto buňky mají potenciál vytvářet většinu, ne-li všechny různé typy neuronů a glie, které se v mozku nacházejí.

Neurologové pozorovali, jak se nervové prekurzorové buňky chovají v laboratoři. I když to nemusí být přesně to, jak se tyto buňky chovají, když jsou v mozku, dává nám to informace o tom, jak by se mohly chovat, když jsou v prostředí mozku.

Věda o kmenových buňkách je stále velmi nová a může se měnit s dalšími objevy, ale vědci se naučili dost na to, aby mohli popsat, jak nervové kmenové buňky vytvářejí ostatní buňky mozku. Říkají tomu rodokmen kmenové buňky a v principu se to podobá rodokmenu.

Nervové kmenové buňky se zvětšují dělením na dvě části a vytvářejí buď dvě nové kmenové buňky, nebo dvě rané progenitorové buňky, nebo jednu z každé.

Když se kmenová buňka rozdělí a vytvoří další kmenovou buňku, říká se, že se sama obnovuje. Tato nová buňka má potenciál vytvářet další kmenové buňky.

Když se kmenová buňka rozdělí a vytvoří ranou progenitorovou buňku, říká se, že se diferencuje. Diferenciace znamená, že nová buňka je tvarově a funkčně specializovanější. Raná progenitorová buňka nemá potenciál kmenové buňky vytvářet mnoho různých typů buněk. Může vytvářet pouze buňky své konkrétní linie.

Rané progenitorové buňky se mohou samy obnovovat nebo jít jedním ze dvou způsobů. Jeden typ dá vzniknout astrocytům. Druhý typ nakonec vytvoří neurony nebo oligodendrocyty.

Migrace

Jakmile se neuron narodí, musí se vydat na cestu do místa v mozku, kde bude vykonávat svou práci.

Jak neuron ví, kam má jít? Co mu pomáhá se tam dostat?

Vědci zjistili, že neurony používají k cestování nejméně dva různé způsoby:

1. Některé neurony migrují po dlouhých vláknech buněk zvaných radiální glie. Tato vlákna se táhnou z vnitřních vrstev do vnějších vrstev mozku. Neurony kloužou podél vláken, dokud nedosáhnou svého cíle.
2. Neurony také cestují pomocí chemických signálů. Vědci objevili na povrchu neuronů zvláštní molekuly – adhezivní molekuly – které se spojují s podobnými molekulami na blízkých gliových buňkách nebo nervových axonech. Tyto chemické signály vedou neuron na jeho konečné místo.

Ne všechny neurony jsou při své cestě úspěšné. Vědci se domnívají, že pouze třetina z nich dosáhne svého cíle. Některé buňky během procesu vývoje neuronů odumírají.

Některé neurony cestu přežijí, ale skončí tam, kde by být neměly. Mutace v genech, které řídí migraci, vytvářejí oblasti nesprávně umístěných nebo podivně tvarovaných neuronů, které mohou způsobovat poruchy, jako je například dětská epilepsie. Někteří vědci mají podezření, že schizofrenie a porucha učení dyslexie jsou částečně důsledkem chybně vedených neuronů.

Diferenciace

Jakmile neuron dosáhne svého cíle, musí se usadit, aby mohl pracovat. Tento závěrečný krok diferenciace je nejméně pochopenou částí neurogeneze.

Neurony jsou zodpovědné za přenos a příjem neurotransmiterů – chemických látek, které předávají informace mezi mozkovými buňkami.

V závislosti na svém umístění může neuron vykonávat práci senzorického neuronu, motorického neuronu nebo interneuronu, vysílat a přijímat specifické neurotransmitery.

Ve vyvíjejícím se mozku závisí neuron na molekulárních signálech z jiných buněk, jako jsou astrocyty, které určují jeho tvar a umístění, druh vysílače, který produkuje, a to, ke kterým jiným neuronům se připojí. Tyto čerstvě narozené buňky vytvářejí nervové obvody – neboli informační dráhy spojující neuron s neuronem – které budou fungovat po celou dobu dospělosti.

V dospělém mozku jsou však nervové obvody již vyvinuty a neurony si musí najít způsob, jak do nich zapadnout. Jakmile se nový neuron usadí, začne se podobat okolním buňkám. Vyvine se mu axon a dendrity a začne komunikovat se svými sousedy.

Smrt

Ačkoli jsou neurony nejdéle žijícími buňkami v těle, velké množství z nich během migrace a diferenciace umírá.

Život některých neuronů může mít abnormální průběh. Některá onemocnění mozku jsou důsledkem nepřirozeného odumírání neuronů.

– Při Parkinsonově chorobě odumírají neurony, které produkují neurotransmiter dopamin, v bazálních gangliích, oblasti mozku, která ovládá pohyby těla. To způsobuje potíže se zahájením pohybu.

– U Huntingtonovy choroby způsobuje genetická mutace nadměrnou produkci neurotransmiteru zvaného glutamát, který zabíjí neurony v bazálních gangliích. V důsledku toho se lidé nekontrolovaně kroutí a svíjejí.

– Při Alzheimerově chorobě se v neuronech a kolem nich v neokortexu a hipokampu, částech mozku, které řídí paměť, hromadí neobvyklé bílkoviny. Když tyto neurony odumřou, lidé ztrácejí schopnost pamatovat si a schopnost vykonávat každodenní úkoly. Fyzické poškození mozku a dalších částí centrální nervové soustavy může neurony také usmrtit nebo vyřadit z činnosti.

– Údery do mozku nebo poškození způsobené mrtvicí mohou neurony přímo usmrtit nebo jim pomalu odepřít kyslík a živiny, které potřebují k přežití.

– Poranění míchy může narušit komunikaci mezi mozkem a svaly, když neurony ztratí spojení s axony nacházejícími se pod místem poranění. Tyto neurony mohou stále žít, ale ztrácejí schopnost komunikovat.

Naděje díky výzkumu

Vědci doufají, že když lépe porozumí životu a smrti neuronů, budou moci vyvinout nové způsoby léčby a možná i léky na nemoci a poruchy mozku, které ovlivňují životy milionů Američanů.

Nejnovější výzkumy naznačují, že nervové kmenové buňky mohou vytvářet mnoho, ne-li všechny různé typy neuronů, které se nacházejí v mozku a nervovém systému. Naučit se tyto kmenové buňky v laboratoři manipulovat do specifických typů neuronů by mohlo vést k vytvoření čerstvé zásoby mozkových buněk, které by nahradily ty odumřelé nebo poškozené.

Mohly by být také vytvořeny terapie využívající růstové faktory a další signální mechanismy uvnitř mozku, které říkají prekurzorovým buňkám, aby vytvořily nové neurony. To by umožnilo opravovat, přetvářet a obnovovat mozek zevnitř.

Pro informace o dalších neurologických poruchách nebo výzkumných programech financovaných Národním institutem neurologických poruch a mrtvice kontaktujte Brain Resources and Information Network (BRAIN) na adrese:

BRAIN
P.O. Box 5801
Bethesda, MD 20824
(800) 352-9424
www.ninds.nih.gov

Top

Připravil: Mgr:
Office of Communications and Public Liaison
National Institute of Neurological Disorders and Stroke
National Institutes of Health
Bethesda, MD 20892

Materiál NINDS týkající se zdraví je poskytován pouze pro informační účely a nemusí nutně vyjadřovat podporu nebo oficiální stanovisko Národního institutu neurologických poruch a mrtvice nebo jiné federální agentury. Rady ohledně léčby nebo péče o konkrétního pacienta je třeba získat konzultací s lékařem, který daného pacienta vyšetřil nebo je obeznámen s jeho anamnézou.

Všechny informace připravené NINDS jsou veřejně dostupné a mohou být volně kopírovány. Uvádění údajů o NINDS nebo NIH je vítáno.