Mimo wielu badań, rola neurogenezy u dorosłych ssaków nie została jak dotąd jednoznacznie wyjaśniona. Najwięcej przesłanek przemawia za udziałem neurogenezy w procesach wytwarzania i przekształcania pamięci przestrzennej, pamięci emocjonalnej zależnej od hipokampa oraz reakcji zwierząt na nowość.

Neurogeneza

Do czego służą nowe neurony w mózgu dorosłych zwierząt?

Marta Grabiec

Rys. 1

Naszym życiem psychicznym od zawsze interesowali się poeci i filozofowie. Jednak dopiero naukowcy, i to stosunkowo niedawno, ustalili z całą pewnością, że siedzibą naszych funkcji psychicznych jest mózg, a nie serce. Od mniej więcej 150 lat naukowcy metodycznie badają budowę i funkcje tego najbardziej złożonego i tajemniczego z naszych organów. Aby przezwyciężyć kolejne przeszkody, musieli oni stworzyć wiele nowych metod badawczych, przetestować tysiące hipotez i rozstrzygnąć setki kontrowersji.

Jedna z takich kontrowersji dotyczyła odpowiedzi na pytanie, czy w mózgu dorosłych zwierząt powstają nowe neurony, czy też podziały komórkowe ustają po okresie rozwoju. Jeszcze na przełomie XIX i XX wieku panował pogląd, że w ośrodkowym układzie nerwowym dorosłych ssaków, a także innych zwierząt, nie ma generacji neuronów. Jeden z najwybitniejszych uczonych tego okresu, Ramón y Cajal, twierdził, że w układzie nerwowym ssaków podziały komórkowe ustają w okresie prenatalnym i wtedy też występuje w nim maksymalna liczba komórek, która w okresie pourodzeniowym może się już tylko zmniejszać na skutek procesów patologicznych lub w wyniku starzenia się organizmu. Twierdzenie to stało się dogmatem na kilkadziesiąt lat.

W latach sześćdziesiątych XX wieku Altmann i Bayer zaobserwowali podziały komórkowe prowadzące do wytwarzania nowych neuronów w dwóch strukturach mózgu szczura. Mimo to ich wyniki nie zyskały wówczas uznania, gdyż trudno było wykluczyć, że w podziałach tych generowane są jedynie komórki glejowe. Nieco później użyto bromodeoksyurydyny, która będąc analogiem jednej z zasad wbudowuje się w DNA nowo powstałych komórek i jest dobrym znacznikiem (markerem) podziałów komórkowych. Pozwoliło to na odkrycie, że w pewnych strukturach mózgu dorosłych ptaków śpiewających nowe neurony powstają sezonowo, gdy zaczynają na wiosnę śpiewać po przerwie zimowej. Ten sam marker umożliwił Erikssonowi w latach dziewięćdziesiątych XX wieku wykazanie, że nowe neurony powstają w mózgu dorosłego człowieka w tych samych strukturach, co w mózgu szczura.

Uniwersalny proces

Rys. 2

Te odkrycia otworzyły na nowo, zdawałoby się już dawno zamkniętą, dyskusję o jednym z aspektów budowy i funkcjonowania układu nerwowego ssaków. Interesujące są bowiem pytania o funkcję tych nowych neuronów, mechanizm ich generacji, przyczyny, dla których generowane są jedynie w tych dwóch strukturach mózgu i w końcu – czy więcej neuronów znaczy lepiej dla funkcjonowania, czy może wprost przeciwnie, a może jest to fakt bez znaczenia?

Neurogeneza jest procesem skomplikowanym, obejmującym wiele etapów, takich jak uruchomienie podziałów komórkowych, migracja nowych komórek, ich dojrzewanie i integracja w strukturach mózgu dorosłych ssaków. U dorosłych ssaków podziały komórkowe zachodzą jedynie w strefie okołokomorowej komór bocznych mózgu (SVZ, ang. subventricular zone) i w zakręcie zębatym hipokampa (DG, ang. dentate gyrus). Powstające w strefie SVZ komórki migrują do opuszek węchowych, gdzie zostają włączone w pulę istniejących już interneuronów, wymieniając starsze neurony, które obumierają. Natomiast komórki w zakręcie zębatym hipokampa pozostają w nim i są wbudowywane w jego warstwę ziarnistą.

Wydaje się, że neurogeneza u dorosłych osobników ma charakter uniwersalny, gdyż obecność nowych neuronów stwierdzono zarówno u dorosłych bezkręgowców, jak i kręgowców. Co więcej, w porównaniu z innymi grupami zwierząt u ssaków neurogeneza jest stosunkowo bardzo ograniczona. U dorosłych owadów powstawanie nowych komórek obserwowano w ciałach grzybkowatych, które spełniają rolę ośrodków kontrolujących zachowanie oraz pośredniczą w przekazywaniu informacji czuciowych. Także u wielu ryb i gadów, których ciało i mózg mogą rosnąć przez całe życie, proces neurogenezy jest kontynuowany w wielu strukturach. U płazów tempo generacji nowych neuronów jest sezonowo zmienne, a najwyższą aktywność podziałów obserwuje się u nich na przełomie maja i czerwca. Z kolei u ptaków sezonowa generacja nowej puli neuronów w pewnych strukturach mózgu odgrywa ważną rolę w nabywaniu umiejętności śpiewu każdej kolejnej wiosny.

Jednak większość badań nad generacją nowych neuronów dotyczy ssaków. Bardzo dobrze jest udokumentowane powstawanie nowych komórek w mózgu dorosłych ssaków łożyskowych (Eutheria), takich jak: mysz, szczur, chomik, królik czy świnka morska. Natomiast niewiele wiadomo o powstawaniu nowych komórek w mózgach dorosłych torbaczy (Metatheria), które stanowią dużą grupę współczesnych ssaków, reprezentowaną przez blisko 270 gatunków. Jednym z przedstawicieli tej gromady jest brazylijski opos krótkoogoniasty (Monodelphis domestica, Rys. 1). Ten niewielki ssak (waga ciała 80−160 g) od ponad 25 lat jest hodowany jako zwierzę laboratoryjne. W odróżnieniu od ssaków łożyskowych nie wykształca on pełnego łożyska, w związku z czym młode rodzą się bardzo słabo rozwinięte i dalszy ich rozwój odbywa się poza organizmem matki, co sprawia, że są wyjątkowo dogodnym modelem w anatomicznych, fizjologicznych i behawioralnych badaniach porównawczo−rozwojowych. Prezentowane wyniki pokazują, że z powodzeniem można go również wykorzystać jako zwierzę doświadczalne w badaniach nad wpływem niektórych czynników na tempo neurogenezy i nad znaczeniem neurogenezy dla zachowania się zwierząt.

Stymulatory i hamulce

Rys. 3

Proces neurogenezy jest modulowany przez wiele czynników, zarówno stymulujących go, jak i hamujących. Zauważono, że u zwierząt żyjących we wzbogaconym środowisku, zarówno w warunkach naturalnych, jak i eksperymentalnych, gdzie mają one kontakt z wieloma bodźcami węchowymi, wzrokowymi czy smakowymi, szansa powstania i przeżycia nowych komórek (neuronów) jest znacznie wyższa. Ponadto, umiarkowana aktywność fizyczna stymuluje proces neurogenezy w mózgu dorosłych ssaków. Wyższe tempo neurogenezy pozytywnie koreluje z niektórymi składowymi ich zachowania. Na przykład, wprowadzenie nowego przedmiotu do znanego środowiska powoduje intensywną eksplorację tego przedmiotu przez zwierzę. Oposy, u których zaobserwowano wyższe tempo generacji nowych komórek w mózgu, częściej podchodzą do nowych obiektów, intensywniej obwąchują je, a także starają się na nie wspiąć.

Także niektóre związki endogenne, takie jak czynniki wzrostu czy serotonina, stymulują podziały komórkowe w mózgu. Nasze badania określające tempo neurogenezy wykazały, że podanie związków aktywujących jeden z receptorów serotoniny istotnie zwiększało tempo podziałów komórkowych w strefie okołokomorowej i zakręcie zębatym hipokampa u młodych i starych oposów (Rys. 2).

Czynnikiem obniżającym tempo neurogenezy jest wysoki poziom hormonów sterydowych, spowodowany najczęściej stresem. Pod wpływem krótkotrwałego, lecz silnego lub długotrwałego stresu następuje znaczne ograniczenie proliferacji komórek w zakręcie zębatym hipokampa, co już pokazano w wielu badaniach. Także wraz z wiekiem tempo neurogenezy obniża się, choć nie ustaje całkowicie. Wyraźne zmniejszenie tempa podziałów w strefie okołokomorowej widać już u 15−miesięcznych oposów, a w 33. miesiącu życia (czyli w głębokiej starości) spada ono o ponad 50 proc. Nowe komórki są również generowane w mózgach starych szczurów i ludzi, jednak u tych gatunków spadek tempa neurogenezy z wiekiem jest jeszcze większy, do 90 proc. W zakręcie zębatym hipokampa tempo podziałów komórkowych u starych oposów stanowiło jedynie 39 proc. tego, które stwierdzono u oposów młodych (Rys. 3). Wraz z wiekiem u zwierząt następuje także ograniczenie lub zahamowanie migracji, uniemożliwiające nowym komórkom osiągnięcie właściwego miejsca przeznaczenia. W związku z tym nowo powstające komórki częściej umierają, niejednokrotnie wkrótce po generacji, zanim przekształcą się w dojrzałe neurony.

Mimo wielu badań, rola neurogenezy u dorosłych ssaków nie została jak dotąd jednoznacznie wyjaśniona. Najwięcej przesłanek przemawia za udziałem neurogenezy w procesach wytwarzania i przekształcania pamięci przestrzennej, pamięci emocjonalnej zależnej od hipokampa oraz reakcji zwierząt na nowość. Niektóre dane wskazują także na to, że proces neurogenezy może wspomagać odpowiedź hipokampa na stres i tym samym zapobiegać wystąpieniu depresji. Rozważa się też możliwość zastosowania nowo generowanych neuronów w leczeniu chorób zwyrodnieniowych układu nerwowego. Natomiast nowe interneurony lokujące się w opuszce węchowej zwiększają zdolność różnicowania poszczególnych bodźców węchowych w ich mieszaninie.

Podsumowując, w chwili obecnej wiemy na temat tego zjawiska jednocześnie wiele i zbyt mało. Mam nadzieję, że kolejne doświadczenia przyniosą nowe dane dotyczące generacji nowych neuronów w mózgu dorosłych ssaków, które pozwolą w niedługim czasie ułożyć tę układankę w całość i rozwiązać zagadkę funkcji neurogenezy w mózgu dorosłych ssaków.