Agy alapjai: The Life and Death of a Neuron
Request free mailed brochure
Introduction
The Architecture of the Neuron
Birth
Migration
Differentiation
Death
Hope Through Research
Introduction
A legutóbbi időkig a legtöbb idegtudós úgy gondolta, hogy az összes neuronnal születünk, amink csak lesz. Gyermekkorban talán termelünk néhány új neuront, amelyek segítenek kiépíteni azokat az idegpályákat – az úgynevezett neurális áramköröket -, amelyek az agy különböző területei közötti információs autópályaként működnek. A tudósok azonban úgy vélték, hogy ha egy idegpálya már a helyén van, bármilyen új neuron hozzáadása megzavarja az információáramlást, és megbénítja az agy kommunikációs rendszerét.
1962-ben Joseph Altman tudós megkérdőjelezte ezt a hiedelmet, amikor a felnőtt patkányok agyának egy hippokampusznak nevezett régiójában neurogenezis (idegsejtek születése) bizonyítékát látta. Később arról számolt be, hogy az újszülött neuronok a hippokampuszban lévő születési helyükről az agy más részeire vándoroltak. 1979-ben egy másik tudós, Michael Kaplan megerősítette Altman megállapításait a patkányagyban, 1983-ban pedig neurális elősejteket talált egy felnőtt majom előagyában.
A felnőtt agyban zajló neurogenezissel kapcsolatos felfedezések meglepőek voltak más kutatók számára, akik nem gondolták, hogy ezek az embereknél is igazak lehetnek. Az 1980-as évek elején azonban egy tudós, aki azt próbálta megérteni, hogyan tanulnak meg énekelni a madarak, azt javasolta az idegtudósoknak, hogy nézzék meg újra a neurogenezist a felnőtt agyban, és kezdjék el látni, hogy ennek mi értelme lehet. Fernando Nottebohm és kutatócsoportja egy kísérletsorozatban kimutatta, hogy a hím kanárik előagyában a párzási időszakban drámaian megnőtt az idegsejtek száma. Ez volt az az időszak, amikor a madaraknak új énekeket kellett megtanulniuk a nőstények vonzásához.
Miért növelték ezek a madarak agya az idegsejteket a tanulás ilyen kritikus időszakában? Nottebohm úgy vélte, azért, mert a friss neuronok segítettek az új énekminták tárolásában az előagy idegi áramköreiben, az agy azon területén, amely az összetett viselkedést irányítja. Ezek az új neuronok tették lehetővé a tanulást. Ha a madarak új neuronokat hoztak létre az emlékezés és a tanulás érdekében, Nottebohm úgy gondolta, hogy az emlősök agya is képes lehet erre.
Más tudósok úgy vélték, hogy ezek az eredmények nem vonatkozhatnak az emlősökre, de Elizabeth Gould később bizonyítékot talált arra, hogy majmoknál az agy egy különálló területén újonnan születő neuronok vannak, Fred Gage és Peter Eriksson pedig kimutatta, hogy a felnőtt emberi agy hasonló területen új neuronokat termel.
A neurológusok egy része számára a neurogenezis a felnőtt agyban még mindig nem bizonyított elmélet. Mások szerint azonban a bizonyítékok érdekes lehetőségeket kínálnak a felnőttkori neuronok tanulásban és emlékezetben betöltött szerepével kapcsolatban.
A neuron felépítése
A központi idegrendszer (amely az agyat és a gerincvelőt foglalja magában) két alapvető sejttípusból áll: neuronokból (1) és gliákból (4) & (6). A glia az agy egyes részein nagyobb számban van jelen, mint a neuronok, de az agyban a neuronok a kulcsszereplők.
A neuronok információhordozók. Elektromos impulzusok és kémiai jelek segítségével továbbítják az információt az agy különböző területei között, valamint az agy és az idegrendszer többi része között. Minden, amit gondolunk, érzünk és teszünk, lehetetlen lenne a neuronok és támogató sejtjeik, az asztrocitáknak (4) és oligodendrocitáknak (6) nevezett gliasejtek munkája nélkül.
A neuronoknak három alapvető része van: egy sejttest és két nyúlvány, az axon (5) és a dendrit (3). A sejttestben található a sejtmag (2), amely irányítja a sejt tevékenységét és tartalmazza a sejt genetikai anyagát. Az axon úgy néz ki, mint egy hosszú farok, és a sejt üzeneteit továbbítja. A dendritek úgy néznek ki, mint egy fa ágai, és üzeneteket fogadnak a sejt számára. A neuronok úgy kommunikálnak egymással, hogy a szomszédos neuronok axonjai és dendritjei közötti apró téren, az úgynevezett szinapszison keresztül vegyi anyagokat, úgynevezett neurotranszmittereket küldenek egymásnak.
A neuronoknak három osztálya van:
- Az érzékelő neuronok az érzékszervekből (például a szem és a fül) származó információkat továbbítják az agyba.
- A motoros neuronok az akaratlagos izomműködést, például a beszédet irányítják, és az agyban lévő idegsejtektől az izmokhoz közvetítenek üzeneteket.
- A többi neuront interneuronoknak nevezik.
A tudósok szerint a neuronok a legváltozatosabb sejttípusok a szervezetben. A neuronok e három osztályán belül több száz különböző típus létezik, amelyek mindegyike sajátos üzenethordozó képességgel rendelkezik.
Az, ahogyan ezek a neuronok egymással kommunikálnak a kapcsolatok létrehozásával, teszi mindannyiunkat egyedivé abban, ahogyan gondolkodunk, érzünk és cselekszünk.
Születés
Az, hogy milyen mértékben keletkeznek új neuronok az agyban, vitatott téma az idegtudósok körében. Bár a neuronok többsége már születésünkkor jelen van az agyunkban, bizonyítékok támasztják alá, hogy a neurogenezis (a neuronok születésének tudományos szava) egy egész életen át tartó folyamat.
A neuronok az agy azon területein születnek, amelyek gazdagok a neurális prekurzorsejtek (más néven neurális őssejtek) koncentrációjában. Ezek a sejtek képesek az agyban található különböző neuron- és glia-típusok többségének, ha nem az összesnek a létrehozására.
A neurológusok megfigyelték, hogyan viselkednek a neurális prekurzorsejtek a laboratóriumban. Bár nem biztos, hogy ezek a sejtek pontosan így viselkednek, amikor az agyban vannak, de információt ad arról, hogyan viselkedhetnek, amikor az agy környezetében vannak.
Az őssejtek tudománya még mindig nagyon új, és további felfedezésekkel változhat, de a kutatók már eleget tanultak ahhoz, hogy le tudják írni, hogyan generálják a neurális őssejtek az agy többi sejtjét. Ezt őssejtvonalnak nevezik, és elvileg egy családfához hasonlít.
A neurális őssejtek úgy szaporodnak, hogy kettéosztódnak, és vagy két új őssejtet, vagy két korai őssejtet, vagy mindkettőből egyet-egyet hoznak létre.
Amikor egy őssejt osztódik, hogy egy másik őssejtet hozzon létre, azt mondják, hogy önmegújul. Ez az új sejt képes további őssejtek létrehozására.
Amikor egy őssejt osztódik, hogy korai őssejtet hozzon létre, azt mondjuk, hogy differenciálódik. A differenciálódás azt jelenti, hogy az új sejt formáját és funkcióját tekintve specializáltabbá válik. Egy korai progenitorsejt nem rendelkezik az őssejtek azon potenciáljával, hogy sok különböző típusú sejtet hozzon létre. Csak az adott vonalába tartozó sejteket képes létrehozni.
A korai progenitorsejtek kétféleképpen képesek önmegújulni vagy elmenni. Az egyik típusból asztrociták keletkeznek. A másik típusból végül neuronok vagy oligodendrociták keletkeznek.
Migráció
Amint egy neuron megszületik, el kell utaznia az agyban arra a helyre, ahol majd a munkáját végzi.
Hogyan tudja egy neuron, hogy hová kell mennie? Mi segíti az odajutását?
A tudósok úgy látták, hogy a neuronok legalább két különböző módszert használnak az utazáshoz:
- Egyik neuron a radiális glia nevű sejtek hosszú rostjait követve vándorol. Ezek a rostok az agy belső rétegeiből a külső rétegekbe nyúlnak. A neuronok addig siklanak a rostok mentén, amíg el nem érik a céljukat.
- A neuronok kémiai jelek segítségével is utaznak. A tudósok különleges molekulákat találtak a neuronok felszínén — adhéziós molekulákat –, amelyek a közeli gliasejteken vagy idegtengelyeken lévő hasonló molekulákhoz kötődnek. Ezek a kémiai jelek irányítják az idegsejtet a végső helyére.
Nem minden idegsejtnek sikerül az útja. A tudósok szerint csak egyharmaduk éri el célját. Néhány sejt elpusztul az idegsejtek fejlődése során.
Néhány neuron túléli az utat, de ott köt ki, ahol nem kellene lennie. A vándorlást irányító gének mutációi helytelenül elhelyezkedő vagy furcsán kialakult neuronok területeit hozzák létre, amelyek olyan rendellenességeket okozhatnak, mint a gyermekkori epilepszia. Egyes kutatók azt gyanítják, hogy a skizofrénia és a tanulási zavar, a diszlexia részben a félrevezetett neuronok következménye.
Differenciálódás
Amint egy neuron eléri célját, be kell rendezkednie a munkához. A differenciálódásnak ez az utolsó lépése a neurogenezis legkevésbé jól ismert része.
A neuronok felelősek a neurotranszmitterek – az agysejtek közötti információt továbbító vegyi anyagok – szállításáért és felvételéért.
A neuron a helyétől függően végezheti az érzékelő neuron, a motoros neuron vagy az interneuron feladatát, specifikus neurotranszmittereket küldve és fogadva.
A fejlődő agyban egy neuron más sejtek, például az asztrociták molekuláris jeleitől függ, amelyek meghatározzák alakját és helyét, az általa termelt transzmitter fajtáját és azt, hogy milyen más neuronokhoz fog kapcsolódni. Ezek a frissen született sejtek olyan neurális áramköröket – vagy neuronokat neuronokkal összekötő információs pályákat – hoznak létre, amelyek egész felnőttkorban a helyükön maradnak.
A felnőtt agyban azonban a neurális áramkörök már kialakultak, és a neuronoknak meg kell találniuk a módját, hogy beilleszkedjenek. Ahogy egy új neuron beilleszkedik, elkezd hasonlítani a környező sejtekhez. Axont és dendriteket fejleszt, és kommunikálni kezd a szomszédaival.
Halál
Bár a neuronok a leghosszabb ideig élő sejtek a szervezetben, nagy számuk elhal a vándorlás és a differenciálódás során.
Egyes neuronok élete rendellenes fordulatot vehet. Az agy egyes betegségei a neuronok természetellenes pusztulásának következményei.
– A Parkinson-kórban a dopamin nevű neurotranszmittert termelő neuronok pusztulnak el a bazális ganglionokban, az agynak a test mozgását irányító területén. Ez a mozgás megindításának nehézségeit okozza.
– A Huntington-kórban egy genetikai mutáció a glutamát nevű neurotranszmitter túltermelését okozza, ami elpusztítja a neuronokat a bazális ganglionokban. Ennek következtében az emberek irányíthatatlanul csavarodnak és vonaglanak.
– Az Alzheimer-kórban szokatlan fehérjék halmozódnak fel a neokortex és a hippokampusz neuronjaiban és azok körül, az agy memóriát irányító részeiben. Amikor ezek az idegsejtek elhalnak, az emberek elveszítik emlékezőképességüket és a mindennapi feladatok elvégzésének képességét. Az agy és a központi idegrendszer más részeinek fizikai károsodása szintén elpusztíthatja vagy működésképtelenné teheti az idegsejteket.
– Az agyat ért ütések vagy a stroke okozta károsodások teljesen elpusztíthatják az idegsejteket, vagy lassan kiéheztetik őket a túlélésükhöz szükséges oxigénből és tápanyagokból.
– A gerincvelő sérülése megszakíthatja az agy és az izmok közötti kommunikációt, amikor az idegsejtek elveszítik a kapcsolatot a sérülés helye alatt található axonokkal. Ezek az idegsejtek még élhetnek, de elveszítik kommunikációs képességüket.
Remény a kutatáson keresztül
A tudósok azt remélik, hogy az idegsejtek életének és halálának jobb megértése révén új kezeléseket, sőt esetleg gyógymódokat dolgozhatnak ki az amerikaiak millióinak életét befolyásoló agyi betegségekre és rendellenességekre.
A legújabb kutatások szerint a neurális őssejtek képesek az agyban és az idegrendszerben található különböző neuron-típusok nagy részét, ha nem is mindegyikét létrehozni. Ha megtanuljuk, hogyan lehet ezeket az őssejteket laboratóriumban manipulálni, hogy meghatározott típusú neuronokat hozzanak létre, akkor új agysejteket állíthatunk elő az elhalt vagy károsodott sejtek helyett.
Terápiákat is létre lehetne hozni, amelyek kihasználják a növekedési faktorok és más jelátviteli mechanizmusok előnyeit az agyban, amelyek az elődsejteket új neuronok létrehozására utasítják. Ez lehetővé tenné az agy belülről történő javítását, átformálását és megújítását.
A Neurológiai Rendellenességek és Stroke Nemzeti Intézete által finanszírozott egyéb neurológiai rendellenességekkel vagy kutatási programokkal kapcsolatos információkért forduljon az Intézet Agyi Erőforrások és Információs Hálózatához (BRAIN) a következő címen:
BRAIN
P.O. Box 5801
Bethesda, MD 20824
(800) 352-9424
www.ninds.nih.gov
Top
Prepareed by:
Office of Communications and Public Liaison
National Institute of Neurological Disorders and Stroke
National Institutes of Health
Bethesda, MD 20892
A NINDS egészségügyi vonatkozású anyagai kizárólag tájékoztató jellegűek, és nem feltétlenül jelentik a National Institute of Neurological Disorders and Stroke vagy bármely más szövetségi ügynökség jóváhagyását vagy hivatalos álláspontját. Az egyes betegek kezelésével vagy gondozásával kapcsolatos tanácsokat az adott beteget vizsgáló vagy a beteg kórtörténetét ismerő orvossal való konzultáció útján kell beszerezni.
A NINDS által készített valamennyi információ közkincs, és szabadon másolható. A NINDS vagy az NIH feltüntetését megköszönjük.