Vienas iš apibrėžiančių žmonių bruožų yra puikus mūsų smegenų gebėjimas kalbos, planavimo, atminties, kūrybiškumo ir dar daugiau. Šie sugebėjimai kyla ne tik dėl mūsų didelio smegenų dydžio, bet ir iš sulankstytos išorinio smegenų sluoksnio – smegenų žievės.
Naujas tyrimas, paskelbtas žurnale Gamtos ryšiaisiūlo įžvalgą apie tai, kaip susidaro šios raukšlės, nurodant įvairius prisidedančius veiksnius, įskaitant ankstyvos stadijos smegenų ląstelių skaičių, kaip jos migruoja vystymosi metu, ir konkrečias dalyvaujančių ląstelių tipus.
Šios išvados gali padėti padėti būsimiems smegenų vystymosi, raidos ir sveikatos tyrimams.
Viena didžiausių smegenų paslapčių
Skirtingai nuo daugumos gyvūnų, kurių smegenys yra lygios, kai kurios didesnės rūšys, įskaitant žmones, kai kuriuos kitus primatą, banginius, delfinus ir kiaules, ant paviršiaus yra raukšlėta smegenų žievė, su grioveliais (sulci) ir keteromis (giri).
Ši išskirtinė struktūra iš esmės padidina smegenų paviršiaus plotą ir yra susijusi su daugybe aukštesnių kognityvinių funkcijų. Vis dėlto, nors šios raukšlės, atrodo, suteikia aiškių evoliucijos pranašumų, kaip jos formuojasi, išlieka viena didžiausių smegenų vystymosi paslapčių.
Ankstesnis Rüdigerio Kleino komandos darbas Maxo Plancko biologinio intelekto institute parodė, kad dviejų adhezijos molekulių, padedančių neuronams migruoti, genų pašalinimas kartu keičia, kaip smegenų ląstelės juda besivystančiose pelės smegenyse.
Be šių molekulių neuronai pasiskirsto plačiau, todėl paprastai lygios pelės žievės sudaro griovelius, panašius į tuos, kurie matomi sulankstytose žmogaus smegenyse.
Naujasis tyrimas remiasi šiuo darbu, sukeliant papildomus genetinius pokyčius, kurie tuo pačiu metu padidino progenitorinių ląstelių – ankstyvųjų ląstelių, kurios sukelia neuronus, skaičių.
Kai šie pokyčiai buvo dar platesni, nei komanda stebėjo ankstesniame tyrime su sudėtingais griovelių ir kraigų modeliais, atsirandančiais žievėje. Taikydami genetikos metodus, tyrėjai taip pat nustatė, kad padidinus skirtingų progenitorinių ląstelių skaičių, turėjo įtakos, ar susidarė grioveliai, ar keteros.
Kombinuotas poveikis, formuojantis žievę
„Manoma, kad mūsų smegenų raukšlės susidaro per greito ląstelių augimą ir neuronų judėjimą, kai vystosi smegenys“, – sako Seung Hee Chun, podoktorantūros tyrėjas ir pirmoji tyrimo autorius.
„Tačiau tai, kaip šie procesai veikia kartu, kad būtų sukurtos būdingi smegenų grioveliai ir keteros, nebuvo gerai žinomi. Mūsų tyrimas rodo, kad ląstelių judėjimas, kaip tvirtai neuronai migruoja kartu ir kaip jie tankiai supakuojami. Tai yra visų veiksnių derinys – ne vienas vienas – tas, kuris varo.”
Tyrimo atlikimui tyrėjai naudojo sąlyginių genetinių pelių modelių, vienos ląstelės sekos nustatymo ir kompiuterinio modeliavimo derinį.
Įdomu tai, kad išvados taip pat rodo, kad nervų progenitorinės ląstelės tipas vaidina vaidmenį formuojant raukšles. Pavyzdžiui, padidinti tarpinius pirmtakus palaikė Sulci susidarymą. Priešingai, didėjantys viršūniniai pirmtakai-dar viena specifinė ankstyvosios stadijos neuronų grupė-girios formavimuisi.
„Šios išvados atveria duris tyrinėti, kaip kiti ląstelių, genetiniai ir mechaniniai veiksniai gali paveikti žievės vystymąsi“, – sako Rüdiger Klein, Max Plancko biologinio intelekto instituto direktorius.
„Net tarp žmonių sulankstomi žievės modeliai gali labai skirtis kiekvienam asmeniui. Suprasti, kas skatina šiuos skirtumus, galėtų padėti mums geriau sužinoti, kaip vystosi smegenys ir kaip jos forma susijusi su tokiais aspektais kaip funkcija, evoliucija, elgesys ir sveikata.”