Дослідження: мозок людини походить із двох незалежних нервових систем

Тривалий час анатоми та нейробіологи описували мозок як цілісний орган. Дослідження під керівництвом фахівців із біології розвитку Stanford Medicine показує іншу картину: передня та задня частини мозку походять із двох окремих популяцій клітин-попередників, які формувалися паралельно протягом сотень мільйонів років еволюції.

«Ми вперше показали, що передня частина мозку походить із зовсім інших клітин-попередників, ніж задня частина мозку. Наше відкриття означає, що тепер ми можемо вирощувати нейрони з задньої частини мозку, тобто з заднього мозку, у чашці Петрі та вивчати їхні функції», — наводить слова доктора філософії Кайла Ло, доцента кафедри біології розвитку Стенфордської медичної школи та старшого автора дослідження.

У дорослої людини мозок традиційно поділяють на передній, середній і задній відділи. Передній мозок відповідає за виконавчі когнітивні функції, мовлення та абстрактне мислення. Задній мозок, який часто називають стовбуром мозку, координує вегетативні процеси, потрібні для базового виживання.

Спостерігаючи найраніші етапи ембріогенезу мишей під час гаструляції, співавтори дослідження Райян Джохай та Керолін Дандес виявили дві популяції попередників, які не перетинаються між собою. Передня лінія (Otx2+) призначена виключно для формування переднього та середнього мозку, а задня лінія (Gbx2+) — для формування заднього мозку. За словами дослідників, ці клітинні популяції ніколи не переходять з однієї лінії в іншу. Епігеномні дослідження засвідчили різну архітектуру упаковки хроматину в передній і задній нервовій ектодермі, що назавжди закріплює кожен тип клітин на власній траєкторії розвитку.

Щоб простежити еволюційне походження цього поділу, вчені звернулися до далеких філогенетичних гілок. Той самий механізм подвійного походження вони виявили у курей, риб даніо-реріо та навіть у морських їжаків, які відокремилися від спільної лінії понад 550 мільйонів років тому. А примітивніші організми, як-от медузи, що розійшлися з нашою лінією 600–700 мільйонів років тому, мають дві окремі нервові системи на протилежних кінцях тіла.

Для батьків і студентів ці результати поки що не змінюють ані шкільних програм, ані підходів до навчання. Йдеться про фундаментальну науку: розуміння того, як саме формується мозок, згодом впливатиме на дослідження нейророзвиткових станів і на методи лабораторного вивчення клітин. Практичний вимір тут віддалений, але важливий — дослідники отримують інструмент, який дозволяє працювати з нейронами заднього мозку окремо від решти.

Окремо варто згадати дотичну тему, яка вже має цілком побутові наслідки. Раніше вчені з'ясували, що порушення сну, зокрема безсоння, можуть призводити до помітних структурних змін у ділянках мозку, які відповідають за увагу, прийняття рішень та контроль емоцій. Попередні дослідження також показували, що поганий нічний сон впливає не лише на самопочуття наступного дня — він може погіршувати когнітивні функції та знижувати здатність контролювати емоції.

Підсумок: нове дослідження описує мозок не як монолітну структуру, а як результат розвитку двох давніх нервових систем. Для широкого загалу це насамперед привід оновити власні уявлення про біологію, а для науки — основа для подальших експериментів із клітинами мозку.