Objevili, že lidský mozek je ‚naprogramován‘ s pokyny k pochopení světa
Jedná se o ‚primitivní operační systém‘ složený z buněk, které se auto-řeší mnohem dříve, než smysly začnou přenášet jakoukoliv zkušenost ze světa kolem nás.
Ve studii provedené výzkumníky z Kalifornské univerzity v Santa Cruz, publikované v ‚Nature Neuroscience‘, se vědci přiblížili k odpovědi na otázku: Kdy začíná náš mozek formovat myšlenky? Je to v prenatálním období, nebo po narození, jako reakce na naše smyslové zkušenosti? Nebo se rodíme s ‚předkonfigurovaným‘ mozkem, kde je schopnost myslet ‚standardní výbavou‘?
Elektrická aktivita a mozek
Vědci použili malé modely lidské mozkové tkáně, nazývané ‚organoidy‘, aby zkoumali, jak vzniká elektrická aktivita v mozku. Objevili, že první ‚záblesky‘ probíhají v dobře strukturovaných vzorcích, které nezávisí na vnějších zkušenostech. To naznačuje, že lidský mozek obsahuje od svého vzniku konkrétní pokyny o tom, jak se orientovat a interagovat se světem.
„Tyto buňky – říká biomolekulární inženýr Tal Sharf, hlavní autor studie – jasně interagují mezi sebou a vytvářejí obvody, které se auto-řeší, ještě před tím, než můžeme zažít cokoliv ze světa kolem nás. Existuje preexistující ‚operační systém‘, který vychází z primárního stavu. V mé laboratoři pěstujeme mozkové organoidy, abychom pozorovali tuto primitivní verzi cerebrálního operačního systému a studovali, jak se mozek buduje před tím, než je formován smyslovou zkušeností.“
Organoidy a studium mozku
Organoidy, 3D modely pěstované z lidských kmenových buněk, byly vytvořeny k tomu, aby studie vyžadovaly výzkum orgánů, jako jsou játra, plíce, ledviny, střevo, žaludek a mozek, aniž by bylo nutné je manipulovat přímo. Kalifornská univerzita, která je vůdčí v oblasti mozkových organoidů, vyvíjí nové metody, jak je pěstovat a získávat z nich poznatky o vývoji a poruchách mozku.
V rámci svého výzkumu, Sharf a jeho kolegové stimulovali tvorbu mozkové tkáně z kmenových buněk a poté měřili jejich elektrickou aktivitu pomocí specializovaných mikrochipů, které fungují podobně jako počítače.
Před ‚říší smyslů‘
Studie ukázala, že organoidy jsou užitečné pro pochopení toho, zda se mozek vyvíjí v reakci na smyslový vstup, jelikož existují v laboratorním prostředí a ne ve těle. „Organoidní systém, který je vnitřně odpojen od jakéhokoliv smyslového vstupu – vysvětluje výzkumník – je otevřeným oknem do procesu auto-řešení, což je opravdu těžké dosáhnout s tradičními 2D buněčnými kulturami, kde nelze dosáhnout potřebné buněčné rozmanitosti a architektury.“
Byly pozorovány elektrické aktivity v mozkové tkáni, zatímco buňky se auto-řešily do tkáně schopné ‚překládat‘ smysly a vytvářet jazyk a vědomé myšlení. Objevili, že v prvních měsících vývoje, mnohem dříve, než je mozek schopen přijímat a zpracovávat složité smyslové informace, jeho buňky už spontánně začaly emitovat elektrické signály charakteristické pro vzorce, které leží v základech ‚překladu‘ smyslů.
Výsledné vzorce
Lékařské výzkumy odhalily, že neurony se aktivují v vzorcích, které nejsou pouze náhodné. Místo toho má mozek ‚výchozí režim‘, základní strukturu pro aktivaci neuronů, která se stává specifickou, když mozek zpracovává unikátní signály. Tento ‚pozadí‘ popisuje možné spektrum smyslových odpovědí, které tělo a mozek mohou produkovat.
Objevené vzory měly překvapivou podobnost s výchozím režimem mozku, ačkoliv nedostaly žádný smyslový vstup. Aktivovaly složitou sekvenci, která má potenciál být později specifikována pro konkrétní smysly. To odhaluje existenci ‚plánu‘, který je geneticky kódován a je inherentní architektuře neurálních struktur živého mozku.
„Tyto systémy, které se autoorganizují – vysvětluje Sharf – by mohly sloužit jako základ pro vytvoření reprezentace světa kolem nás. To, že je můžeme pozorovat v těchto raných stádiích, naznačuje, že evoluce našla způsob, jak může centrální nervový systém vytvořit mapu, která nám umožňuje orientovat se a interagovat se světem.“
S vědomím, že tyto organoidy reprodukují základní strukturu mozku, se otevírá řada možností, jak lépe porozumět neurovývoji člověka, nemocem a účinkům toxinů na mozek.
„Prokazujeme – uzavírá vědec – že existuje základ pro zachycení složitých dynamik, které by mohly být známkami patologických začátků, které bychom mohli studovat v lidské tkáni. To by nám umožnilo vyvinout terapie, pracovat na předklinické úrovni pro vývoj potenciálních sloučenin, farmakologických terapií a nástrojů pro genetické editace, které by mohly být levnější, efektivnější a výkonnější než ty současné.“
