Ученые выяснили, что человеческий мозг сформировался из двух древних нервных систем
Мозг принято воспринимать, как единый орган. Но что, если это не так? Ученые Стэнфордской медицинской школы обнаружили, что его передняя и задняя части имеют разное происхождение. Они выяснили, что сотни миллионов лет назад существовали две разные самостоятельные нервные системы, которые со временем объединились и стали работать в единой связке.
Открытие помогло ученым впервые вырастить в лаборатории определенные нервные клетки человека, которые раньше получить не удавалось. В будущем это может расширить возможности изучения тяжелых заболеваний, включая спинальную мышечную атрофию и боковой амиотрофический склероз. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
Как две нервные системы стали одним мозгом
Условно у человеческого мозга существуют отделы с разными задачами. Передний мозг отвечает за мышление, речь, творчество, сознание и способность размышлять. И другой мозг — задний, в который входят структуры ствола мозга, управляет процессами, от которых зависит наша жизнь: дыханием, сердцебиением, сном и чувством голода. Также его нервные клетки помогают нам глотать и управлять мышцами лица и языка.
Долгое время считалось, что все отделы мозга развиваются из одной группы клеток. Но это исследование показало, что передняя и задняя части с самого начала формируются по разным путям. Чтобы разобраться в этом, ученые изучили раннее развитие эмбрионов мышей: они обнаружили две отдельные группы клеток-предшественников — одна формирует передний и средний мозг, другая — задний. И эти группы не смешиваются даже на самых ранних этапах развития.
После этого в ходе исследования выяснили, что похожий принцип формирования нервной системы встречается у кур, рыб данио-рерио и желудевых червей — это небольшие морские животные, имеющие с человеком далекого общего предка. По мнению ученых, две разные древние нервные системы уже в ходе эволюции сблизились и стали функционировать как единое целое — этот процесс начался более 550 миллионов лет назад.
Вырастить нейроны получилось не сразу
Важно отметить, что ученые десятилетиями пытались выращивать в лаборатории нервные клетки заднего мозга человека, но все было безуспешно. Новое открытие помогает понять, в чем могла заключаться проблема: эти клетки пытались получить из предшественников переднего мозга, хотя те с самого начала развиваются иначе. Когда это различие учли, впервые удалось получить функциональные двигательные нейроны заднего мозга человека из стволовых клеток — клеток, которые способны превращаться в разные типы клеток организма. Полученные из них нейроны проявляли электрическую активность, характерную для нервных клеток, и производили белки, которые связаны с участками мозга, управляющими мышцами лица и глотки.
Как это поможет изучать тяжелые заболевания
Для чего выращивать эти нейроны? Это может помочь в изучении спинальной мышечной атрофии (СМА) и бокового амиотрофического склероза (БАС). При этих заболеваниях некоторые двигательные нейроны постепенно перестают работать. В результате человеку становится трудно глотать, а пища или жидкость могут попадать в дыхательные пути и вызывать пневмонию. На поздних стадиях болезни пациенты могут терять способность самостоятельно дышать.
СМА — одна из ведущих генетических причин смерти детей в возрасте до года. БАС чаще диагностируют у людей в возрасте от 40 до 70 лет. При этом заболевании могут поражаться как передний, так и задний мозг.
Раньше ученые практически не могли изучать ткани ствола мозга живых пациентов, но теперь появилась возможность создавать нервные клетки в лаборатории и наблюдать, как они работают и что происходит с ними при заболеваниях. Это может помочь лучше понять механизмы развития СМА и БАС и в перспективе искать новые подходы к лечению.
При чем здесь препараты для снижения веса
У этого открытия может быть и другое направление применения. В заднем мозге находятся нервные цепи, которые участвуют в регуляции чувства голода, и понимание того, как работают эти клетки, может помочь в изучении механизмов действия препаратов для снижения веса. Также в дальнейшем ученые планируют разобраться, как формируется спинной мозг и каким образом СМА и БАС нарушают работу нейронов заднего мозга.