Mezinárodní tým vědců zmapoval vývoj mozku od první buňky až po dospělost – objev srovnávaný s projektem lidského genomu. Nová „Google mapa“ mozku nabízí klíč k pochopení vzniku poruch jako autismus, schizofrenie či ADHD a otevírá dveře k revoluci v léčbě i pochopení lidského myšlení.
Mezinárodnímu týmu vědců se podařilo to, co se po desetiletí zdálo nedosažitelné: nakreslit první kompletní mapu vývoje mozku, od jeho prvních buněk až po zralost. Projekt podpořený iniciativou BRAIN Národního ústavu zdraví (NIH) a publikovaný ve 12 studiích v časopise Nature nejen rekonstruuje růst mozku od embrya až po dospělost, ale také poskytuje nový rámec pro pochopení toho, jak a kdy vznikají neurologické poruchy.
Tento objev, který je svým rozsahem srovnatelný s projektem lidského genomu, poskytuje mapování milionů buněk různých druhů, od myší po člověka, a popisuje, jak se dělí, migrují, specializují a komunikují mezi sebou. Nebo jinak řečeno: poprvé můžeme vidět, jak se mozek staví sám. Je to mapa, ale nejen k lokalizaci výchozího bodu naší mysli, ale také neurologických onemocnění a poruch.
Podle autorů studie postihují neurovývojová onemocnění, jako je autismus, ADHD nebo schizofrenie, přibližně 15 % dětí a dospívajících na celém světě. Pochopení toho, jak se mozkové buňky formují během těhotenství a dětství, nám umožňuje zjistit, v jakém okamžiku dochází k chybě, kdy se buňka vydá oklikou nebo se špatně vytvoří spojení.
„Tento soubor prací nám poskytuje podrobný plán toho, jak vznikají a dozrávají různé typy mozkových buněk,“ říká Hongkui Zeng, ředitel oddělení Brain Sciences v Allenově institutu a vedoucí studie. „Když pochopíme, kdy a kde se během vývoje zapínají kritické geny, můžeme začít odhalovat, jak narušení tohoto procesu vede k poruchám, jako je autismus nebo schizofrenie,“ říká Hongkui Zeng, ředitel oddělení věd o mozku v Allenově institutu a vedoucí studie.
Zengův tým analyzoval více než 1,2 milionu mozkových buněk a použil sekvenační a vizualizační technologie, které umožňují sledovat každou buňku, jako by to byl cestující v rozsáhlém nervovém dopravním systému: rodí se na „stanici“ v mozku, cestují podél celých oblastí a zastavují právě tam, kde je třeba, aby se staly součástí okruhu.
Mezi nejvýznamnější práce patří analýza GABAergních neuronů, typu buněk, které fungují jako brzdy nervového systému. Tyto neurony regulují vzrušivost mozku a umožňují různým oblastem komunikovat, aniž by se „zhroutily“.
Vědci z Allenova institutu zrekonstruovali jejich rodokmen a zjistili, jak vznikají, rozptylují se a transformují do specializovaných podtypů. Nejpřekvapivějším zjištěním je, že některé z nich se vyvíjejí i dlouho po narození, zejména v oblastech mozku spojených s učením, rozhodováním a emocemi. To naznačuje, že dětský mozek si zachovává déletrvající schopnost rekonfigurace, než se dosud předpokládalo, což by mohlo otevřít širší terapeutické okno pro léčbu vývojových poruch.
Další studie se zaměřila na vývoj zrakové kůry. Sledováním více než 770 000 jednotlivých buněk autoři zjistili, že mozek neukončí svou organizaci před narozením, ale pokračuje v tvorbě nových typů buněk i poté, zejména v klíčových okamžicích: když zvíře poprvé otevře oči nebo když začne zpracovávat vizuální podněty z okolí.
„Pochopení vývoje v těchto fázích je klíčové, protože odhaluje, kdy je mozek nejzranitelnější,“ říká spoluautor Tomasz Nowakowski, profesor neurovědy na Kalifornské univerzitě v San Franciscu. Tyto mapy nám pomáhají určit, kdy mohou chyby ve zrání vést k neurovývojovým poruchám.
Tento objev posiluje silnou myšlenku: rané zkušenosti fyzicky formují mozek. Vidět, slyšet nebo komunikovat s ostatními během dětství není jen učení, ale doslova architektura mozku.
V další studii vědci použili techniku zvanou BARseq, která jim umožňuje „číst“ aktivní geny uvnitř milionů neuronů v mozku. Zjistili, že každá oblast mozku má jedinečný buněčný podpis, kombinaci typů neuronů, která určuje její funkci, jako by každá oblast měla svůj vlastní otisk prstu. A co je ještě zajímavější: tuto specializaci přímo ovlivňuje smyslová zkušenost. To znamená, že pouhé vidění nebo slyšení mění genetickou identitu vyvíjejících se oblastí mozku.
„Tyto mapy jsou zásadním úspěchem,“ uzavírá Joshua Gordon, bývalý ředitel Národního ústavu duševního zdraví a současný vedoucí katedry psychiatrie na Kolumbijské univerzitě. „Poskytují nám strukturu, na níž můžeme stavět hlubší pochopení autismu, schizofrenie a dalších poruch, které vznikají během vývoje mozku.„
Díky této práci vědci vytvořili jakési „Google mapy“ rostoucího mozku, v nichž má každá buňka své místo, identitu a historii. Jestliže jsme dříve znali mozek dospělého člověka jako politickou mapu s vytyčenými oblastmi a stanovenými funkcemi, tento projekt nám poskytuje meteorologickou mapu myšlení: ukazuje, jak vznikají nervové bouře, jak ustupují a v jakém okamžiku se mohou rozpoutat hurikány nemocí.
Nyní víme, že mozek se nevytváří najednou, ale testuje se a s každým podnětem upravuje své obvody. A pochopení tohoto procesu nás přibližuje nejen k léčbě autismu nebo schizofrenie, ale také k něčemu hlubšímu: k pochopení toho, jak jsme se stali tím, kým jsme.
Dopad této mozkové mapy se neomezuje pouze na pochopení neurologických poruch. Otevírá také nové cesty pro výzkum neuroplasticity, což je schopnost mozku reorganizovat se a přizpůsobovat v průběhu života. Tato vlastnost má zásadní význam pro učení a paměť a mohla by být klíčová pro vývoj terapií neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba.