Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελείται από δύο ξεχωριστά όργανα

Σε ένα συγκλονιστικό εύρημα που καταρρίπτει όσα πιστεύαμε για τον ανθρώπινο εγκέφαλο καταλήγουν επιστήμονες της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Stanford .

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν νέα μελέτη για την εμβρυϊκή ανάπτυξη και την εξέλιξη των ειδών,η οποία κατέδειξε ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει δύο διακριτές αναπτυξιακές και εξελικτικές καταβολές.

Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «Nature Neuroscience», είναι ιδιαίτερα σημαντικά, καθώς αμφισβητούν την έως τώρα αντίληψη ότι όλες οι εγκεφαλικές περιοχές προέρχονται από μία κοινή αναπτυξιακή γραμμή.

Η έρευνα εξετάζει πώς σχηματίζεται ο εγκέφαλος στα πρώτα στάδια της ζωής και δείχνει ότι ο οπίσθιος εγκέφαλος δεν προκύπτει ως μεταγενέστερη διακλάδωση της πορείας που δημιουργεί τον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο. Αντίθετα, ακολουθεί από νωρίς δική του, παράλληλη διαδρομή.

Δύο αρχαία νευρικά συστήματα στον ανθρώπινο εγκέφαλο

Οι ερευνητές περιγράφουν τον ανθρώπινο εγκέφαλο ως αποτέλεσμα δύο αρχαίων νευρικών συστημάτων που έχουν «συσκευαστεί» μαζί στη διάρκεια της εξέλιξης. Το ένα σχετίζεται με θεμελιώδεις λειτουργίες επιβίωσης, όπως ο καρδιακός παλμός και η αναπνοή. Ενώ το άλλο συνδέεται με λειτουργίες όπως η γλώσσα, η συνείδηση, η αφηρημένη σκέψη, τα μαθηματικά και η ποίηση.

Στον ενήλικο άνθρωπο αναγνωρίζονται τρεις κύριες εγκεφαλικές περιοχές:

• ο πρόσθιος εγκέφαλος,
• ο μέσος εγκέφαλος και
• ο οπίσθιος εγκέφαλος.

Ο πρόσθιος εγκέφαλος έχει κεντρικό ρόλο στις ανώτερες γνωστικές λειτουργίες.

Ενώ, ο οπίσθιος εγκέφαλος βρίσκεται στο πίσω μέρος του κρανίου και συχνά περιγράφεται ως εγκεφαλικό στέλεχος. Ρυθμίζει αυτόματες λειτουργίες απαραίτητες για τη ζωή, μεταξύ των οποίων η αναπνοή, ο ύπνος, ο καρδιακός ρυθμός και το αίσθημα της πείνας.

Οι νευρώνες αυτής της περιοχής ελέγχουν επίσης μύες του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού. Για τον λόγο αυτό επηρεάζουν λειτουργίες όπως η ομιλία και η κατάποση.

Τι έδειξαν τα έμβρυα ποντικών

Η επιστημονική ομάδα εστίασε στη γαστριδίωση, δηλαδή στην πολύ πρώιμη φάση της εμβρυϊκής ανάπτυξης κατά την οποία αρχίζει να οργανώνεται το σώμα. Μελετώντας αναπτυσσόμενα έμβρυα ποντικών, οι ερευνητές εντόπισαν δύο διακριτούς τύπους πρόδρομων εγκεφαλικών κυττάρων.

Ο πρώτος κυτταρικός πληθυσμός δίνει γένεση στον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο. Ο δεύτερος προορίζεται για τη δημιουργία του οπίσθιου εγκεφάλου. Τα δύο αυτά σύνολα κυττάρων παρέμειναν ξεχωριστά από τα πρώτα αναπτυξιακά στάδια, χωρίς να επικαλύπτονται ή να τέμνονται οι διαδρομές τους.

Η παρατήρηση αυτή αποτελεί τον βασικό λόγο για τον οποίο η μελέτη αμφισβητεί το μοντέλο της ενιαίας αναπτυξιακής προέλευσης των εγκεφαλικών περιοχών.

Εξέταση 550 εκατομμυρίων ετών εξέλιξης

Η έρευνα δεν περιορίστηκε στα ποντίκια. Οι επιστήμονες αναζήτησαν το ίδιο μοτίβο σε εξελικτικό βάθος περίπου 550 εκατομμυρίων ετών και το εντόπισαν σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και εντερόπνευστα (acorn worms).

Τα εντερόπνευστα είναι μικροί οργανισμοί που ζουν στον πυθμένα των ωκεανών και έχουν με τον άνθρωπο έναν μακρινό κοινό πρόγονο. Η παρουσία του ίδιου μοτίβου σε τόσο διαφορετικά είδη ενισχύει την εκτίμηση ότι οι δύο αναπτυξιακές διαδρομές έχουν πολύ παλιά εξελικτική βάση.

Οι μέδουσες, οι οποίες απομακρύνθηκαν από τη γενεαλογική γραμμή του ανθρώπου πριν από περίπου 600 έως 700 εκατομμύρια χρόνια, διαθέτουν επίσης δύο νευρικά συστήματα, τοποθετημένα σε διαφορετικά άκρα του σώματός τους.

Νευρώνες οπίσθιου εγκεφάλου από βλαστοκύτταρα

Με βάση τα νέα δεδομένα, η ομάδα του Stanford κατάφερε για πρώτη φορά να κατευθύνει ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ώστε να μετατραπούν σε λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο. Τα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα έχουν τη δυνατότητα να δώσουν οποιοδήποτε είδος κυττάρου του ανθρώπινου οργανισμού.

Οι νευρώνες που παρήχθησαν παρουσίασαν χαρακτηριστικά αντίστοιχα με εκείνα των φυσικών κυττάρων του οπίσθιου εγκεφάλου. Εμφάνισαν κύματα ηλεκτρικής δραστηριότητας και παρήγαγαν πρωτεΐνες που συνδέονται με περιοχές οι οποίες ελέγχουν τους μύες του προσώπου και τη διαδικασία της κατάποσης.

Γιατί τα ευρήματα αφορούν την ALS και τη νωτιαία μυϊκή ατροφία

Η δυνατότητα παραγωγής νευρώνων του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο μπορεί να διευκολύνει τη μελέτη ασθενειών που επηρεάζουν το εγκεφαλικό στέλεχος. Στις παθήσεις αυτές περιλαμβάνονται η νωτιαία μυϊκή ατροφία και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση, γνωστή και ως ALS.

Η έρευνα για αυτές τις ασθένειες έχει αντιμετωπίσει σημαντικό εμπόδιο, καθώς δεν είναι δυνατή η λήψη ιστού από το εγκεφαλικό στέλεχος ζώντων ασθενών. Η εργαστηριακή καλλιέργεια των συγκεκριμένων νευρώνων προσφέρει πλέον ένα εργαλείο για τη διερεύνηση των μηχανισμών με τους οποίους εκδηλώνονται οι παθήσεις και για τη μελέτη πιθανών θεραπευτικών προσεγγίσεων.