Σηματική ανακάλυψη: Ο εγκέφαλος αναγεννάται και στους ενήλικες

Για δεκαετίες, θεωρούταν ότι, μετά την ενηλικίωση, ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν μπορούσε πλέον να παράγει νέους νευρώνες, σταματώντας τη διαδικασία αναγέννησής του.

Μια επιστημονική ομάδα όμως του Karolinska Institutet της Σουηδίας, με επικεφαλής τον Jonas Frisén, αμφισβητεί τώρα αυτό το ιατρικό «δόγμα».

Χάρη στην τεχνική αλληλούχισης RNA μεμονωμένων κυττάρων (single-cell RNA sequencing), και σε έναν αλγόριθμο τεχνητής νοημοσύνης, οι ερευνητές απέδειξαν ότι προγονικά κύτταρα και ανώριμοι νευρώνες υπάρχουν στον ιππόκαμπο του εγκεφάλου από την πρώιμη παιδική ηλικία έως την ηλικία των 78 ετών.

Η σημαντική ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο Science, ανοίγει νέους δρόμους για την κατανόηση της μνήμης, της διάθεσης και των πιθανών αναγεννητικών θεραπειών για νευροεκφυλιστικές και ψυχιατρικές ασθένειες.

Η νέα ανάπτυξη των νευρώνων, που ονομάζεται επίσης νευρογένεση, συμβαίνει στην οδοντωτή έλικα του ιππόκαμπου (dentate gyrus), ένα βασικό μέρος του εγκεφάλου που εμπλέκεται στη μάθηση, τη μνήμη και τα συναισθήματα. Εδώ επεξεργάζονται οι πληροφορίες που φτάνουν από τον φλοιό και μετατρέπονται σε μνημονικά ίχνη.

Κατάρριψη μίας επιστημονικής θεωρίας δεκαετιών

Από τη δεκαετία του 1960, ένας αυξανόμενος αριθμός μελετών σε ζώα έχει αποδείξει όχι μόνο ότι ο ιππόκαμπος συνεχίζει να παράγει νέους νευρώνες σε ενήλικες, αλλά και ότι αυτά τα νεογέννητα κύτταρα ενσωματώνονται ενεργά σε υπάρχοντα κυκλώματα, επηρεάζοντας τη μνήμη, τη μάθηση και τη ρύθμιση των συναισθημάτων.

Στους ανθρώπους όμως, αυτό το δόγμα ήταν πιο δύσκολο να αμφισβητηθεί, καθώς αντικρουόμενες ενδείξεις έχουν τροφοδοτήσει μια δεκαετή διαμάχη σχετικά με την ύπαρξη και τους μηχανισμούς των νέων νευρώνων στον ενήλικο ανθρώπινο εγκέφαλο.

Οι διαφορές μεταξύ των μελετών σε ανθρώπους προκύπτουν ουσιαστικά από τρεις τεχνικές μεταβλητές:

ο χρόνος μεταξύ του θανάτου και της συντήρησης του ιστού μπορεί να αλλοιώσει τη δομή του,

οι μοριακοί δείκτες που χρησιμοποιούνται για την επισήμανση των κυττάρων δεν είναι πάντα οι ίδιοι, και

οι μέθοδοι εξαγωγής RNA, που αποκαλύπτουν ποια γονίδια είναι ενεργά, έχουν μεταβλητή ευαισθησία, οπότε ορισμένα πρωτόκολλα ανιχνεύουν περισσότερα σήματα από άλλα.

Αυτές οι αποκλίσεις μπορούν να μας κάνουν να μην εντοπίσουμε τα πολύ σπάνια προγονικά κύτταρα ή να τα συγχέουμε με τα πιο κοινά κύτταρα υποστήριξης του εγκεφάλου, οδηγώντας έτσι σε φαινομενικά αντιφατικά αποτελέσματα.

Έλεγχος της ανθεκτικότητας της νευρογένεσης στους ενήλικες

«Χρησιμοποιήσαμε τη μεταγραφική ανάλυση, δηλαδή την ανάλυση όλων των μορίων RNA που παράγονται από ένα κύτταρο σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, για να κατανοήσουμε ποια γονίδια είναι ενεργά, και την τεχνητή νοημοσύνη για να αποδείξουμε ότι τα νευρικά προγονικά κύτταρα και οι απόγονοί τους, οι νεογέννητοι ανώριμοι νευρώνες, υπάρχουν από την παιδική ηλικία έως τα γηρατειά στους ανθρώπους», σχολιάζει η Marta Paterlini, που συμμετείχε στη μελέτη.

Ο Frisén και η ομάδα του μελέτησαν σχεδόν μισό εκατομμύριο πυρήνες στον ανθρώπινο ιππόκαμπο για να ελέγξουν την ανθεκτικότητα της νευρογένεσης.

Ξεκινώντας από τους πυρήνες σε παιδιά έως 5 ετών, εντοπίσαν δείκτες νευρικών προγονικών κυττάρων και ανώριμων νευρώνων. Στη συνέχεια, εφάρμοσαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης που είχε εκπαιδευτεί με αυτά τα δεδομένα στους πυρήνες ενηλίκων (13-78 ετών), αναγνωρίζοντας τις ίδιες μοριακές υπογραφές. Τέλος, απέδειξαν ότι ο ενήλικος εγκέφαλος διατηρεί, με κάποια διακύμανση μεταξύ των ατόμων, μια μικρή δεξαμενή κυττάρων ικανά να παράγουν νέους νευρώνες.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης μια τεχνολογία που ονομάζεται Xenium, η οποία τους επιτρέπει να επισημάνουν και να απεικονίσουν έως και 300 διαφορετικούς δείκτες μέσα σε κάθε κύτταρο. Χάρη σε αυτούς τους δείκτες, μπόρεσαν να εντοπίσουν με ακρίβεια τους νευρωνικούς προγόνους στον ιππόκαμπο και να επαληθεύσουν ότι δεν εκφράζουν τα διακριτικά χαρακτηριστικά άλλων τύπων κυττάρων, επιβεβαιώνοντας ότι προορίζονται να γίνουν νευρώνες.

Με αυτά τα αποτελέσματα, το δόγμα του στατικού ενήλικου εγκεφάλου δίνει τη θέση του σε έναν νέο ορίζοντα πλαστικότητας και αναγέννησης.

Επαναστατικές προοπτικές της νευρογένεσης

Η πρόκληση τώρα είναι να κατανοήσουμε γιατί και πώς συμβαίνει η νευρογένεση στους ανθρώπους. «Η νευρογένεση στους ενήλικες προσφέρει ελπίδα για την αποκατάσταση του εγκεφάλου. Όταν ένα τραύμα ή μια ασθένεια βλάπτει τα νευρικά κυκλώματα, η ικανότητα δημιουργίας νέων νευρώνων ανοίγει την προοπτική της φυσικής αναγέννησης.

Μελέτες σε τρωκτικά αποδεικνύουν ότι παράγοντες του τρόπου ζωής, όπως η άσκηση, τα εμπλουτισμένα περιβάλλοντα και ορισμένα φάρμακα, μπορούν να αυξήσουν το ρυθμό παραγωγής νέων κυττάρων στα ζώα, υποδηλώνοντας ότι θα μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε αυτή τη διαδικασία για να υποστηρίξουμε την ανθεκτικότητα έναντι της ηλικιακής παρακμής ή των διαταραχών της διάθεσης», σχολιάζει η Paterlini.

Αν και οι ακριβείς θεραπευτικές στρατηγικές για τον άνθρωπο εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο έρευνας, το απλό γεγονός ότι ο ενήλικος εγκέφαλός μας μπορεί να δημιουργήσει νέους νευρώνες αλλάζει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τη δια βίου μάθηση, την ανάρρωση από τραυματισμούς και το ανεκμετάλλευτο δυναμικό της νευροπλαστικότητας.