Труд
Автор:
Елена Симеонова
Като централни командни центрове за телата ни, мозъкът ни диктува кои сме и как живеем. И въпреки това знаем изненадващо малко за него. Въпреки че клетъчната биология на този критичен орган е картографирана, учените не могат да обяснят как работи човешкият мозък, пише научното издание Popular Mechanics. Сега все повече учени вярват, че разрешаването на някои от многото мистерии на нашия ум – включително какво формира съзнанието и как да лекуваме по-добре невродегенеративните заболявания – може да се крие в малки звездовидни клетки, наречени астроцити.
Изследователите предполагат, че астроцитите са едновременно „тъмната материя“ и „родителите-хеликоптери“ на мозъка ви, осигурявайки структурна опора около невроните и оформяйки поведенческите ви реакции. Само през последните 10 години изследователите са открили, че астроцитите изглежда играят важна роля в реакциите ви на страх и тревожност, в регулирането на емоциите ви и в избора ви да упорствате по време на трудна задача, например.
Появяващата се идея, че астроцитите участват пряко в поведението, познанието и мозъчните изчисления, като активно оформят активността на невронните вериги, със сигурност преобръща общоприетите мъдрости, казва Томас Папуин, доктор по медицина, доцент по неврология в Медицинския факултет на Вашингтонския университет, който изследва как астроцитите допринасят за обработката на информация. „Както можете да си представите, има огромна инерция в тази област, като се има предвид, че от самото възникване на невронауката като самостоятелна дисциплина фокусът е бил единствено върху невроните.“
Невронът е един от двата основни типа клетки в нашия мозък: Невроните комуникират чрез връзки, наречени синапси, за да координират реакциите в тялото ни. Смята се, че глията осигурява главно поддържащи функции. Произлизаща от гръцката дума за лепило, глията – включително астроцитите – представлява девет от всеки десет клетки в мозъка и е мрежата, която държи невроните на място. Астроцитите по-специално работят, за да поддържат невроните подхранвани и мозъка в баланс, но все повече изследвания показват, че те играят много по-голяма роля, отколкото се смяташе преди.
Кевин Гутенплан, доктор на науките, постдокторант в Университета за здраве и наука в Орегон (OHSU), казва, че астроцитите са като „тъмната материя“ на мозъка, озадачаващото вещество във Вселената, което действа и като лепило, закотвяващо планетите и държащо галактиките заедно.
„Докато се опитвахме да разберем начина, по който работи Вселената, използвайки само материята, не можехме да го обясним напълно и затова започнахме да изследваме тъмната материя“, казва Гутенплан, който работи в лабораторията на невролога Марк Фрийман, доктор. „По подобен начин дълго време разглеждахме невроните и приемахме, че всичко останало не е от значение. Сега, когато започваме да включваме астроцити, ще имаме много по-добра способност да разберем как работи мозъкът.“
Констатациите за астроцитите през последното десетилетие непрекъснато опровергават традиционното схващане, че единствено невроните управляват мозъка.
Астроцитите започнаха да получават значително внимание преди повече от две десетилетия, когато Стивън Смит, сега почетен професор по неврология в Станфордския университет, и членове на неговата лаборатория за първи път видяха доказателства , че астроцитите изглежда комуникират по време на освобождаването на калций от невроните , което е от основно значение за контрола на синаптичната активност и формирането на паметта , наред с други важни функции.
„Това ключово наблюдение на Стивън установи, че когато изследвате астроцитите в калциевата сигнализация, изглежда, че те правят нещо повече от това просто да седят там и да гледат, което веднага накара хората да мислят, че може би те всъщност са част от тези вериги“, казва Фрийман, който е директор на Института Волум, независим изследователски център по неврология в OHSU.
Но това, от което се нуждаеше областта, казва Фрийман, беше доказателство, че невронът освобождава невротрансмитер или химичен посредник, който се свързва с нещо върху астроцита, за да промени калциевия сигнал, което след това води до известна промяна в активността на невроните надолу по веригата. През 2016 г. Фрийман и неговата лаборатория направиха точно това, показвайки в статия, публикувана в Nature, че астроцитите в мозъците на плодовите мушици могат да променят определени видове невронна активност и са от съществено значение за множество сензорно обусловени поведения при мухите.
Оттогава множество изследвания от множество лаборатории по целия свят последователно документират ключовата роля на астроцитите в осъществяването на адаптации на веригите към промените в мозъчните състояния, казва Папуин.
Например, неврологът Миша Арънс, доктор по медицина, ръководител на група в изследователския кампус Джанелия към Медицинския институт „Хауърд Хюз“, и екип от изследователи, изследващи плувните действия при рибата зебра през 2019 г., показаха още доказателства, че астроцитите могат да извършват изчисления, свързани с поведението. В експеримент, който многократно подтиквал рибите да напредват в оборудвана с виртуална реалност плувна камера, имитираща чувството за отдръпване назад, независимо колко усилено се опитват, Арънс показа, че преходът от „усилени усилия“ към „отказване“ се организира от астроцитите.
„Астроцитите усещат повтарящия се сигнал за „неуспех“ и в крайна сметка изключват веригата – в този случай двигателната верига – която е отговорна за многократните опити“, обяснява Папуин, който не е участвал в изследването. Последваща работа на Аренс и други установи, че кетаминът може да обърне инстинктите на рибите да се „откажат“ чрез активиране на астроцитна верига, което показва, че клетките са необходими за положителния ефект на лекарството за постоянство.
В собствената си работа Папуин и екип от изследователи съобщиха миналата година в списание Science , че астроцитите при мишки са отговорни за модифицирането на мозъчната активност в отговор на норепинефрин, хормон на стреса. В същия брой Фрийман и Гутенплан очертаха „механизъм, чрез който астроцитите динамично реагират и модулират невронната активност в различни мозъчни региони и в различни поведенчески състояния“.
Взети заедно, тези и други открития за астроцитите през последното десетилетие непрекъснато разбиват традиционното схващане, че невроните сами управляват мозъка, измествайки поне част от областта към нов фокус. Само тази година проучвания свързват астроцитите с кодирането на страх и тревожност , играят роля в прогресията на рака на мозъка , помагат за регулиране на емоционалното здраве и много други.
„Обичам да ги възприемам като родители-хеликоптери“, казва Фрийман. „Те държат невроните в приятна среда, дават им храна, почистват следите им. Ако има нараняване, те се грижат за него. Те просто правят всичко възможно, за да се опитат да облекчат натоварването на невроните, за да могат да се съсредоточат върху ефективното им действие.“
Въпреки че научният възглед за астроцитите се променя значително, важно е да се отбележи, че почти всички експерименти досега са проведени върху животински модели. Сгушен в безопасните и здрави рамки на нашия череп, мозъкът е изключително труднодостъпен, което го прави труден за изучаване. И така, какво знаем със сигурност за ролята на астроцитите при хората?
„Можете да зададете същия въпрос за невроните при хората и да получите много лош отговор“, казва Фрийман, отбелязвайки, че единственият истински инструмент, с който разполагаме за наблюдение на активността в мозъка, е изследването ѝ по време на операции или използването на косвени измервания, които изобразяват неща като кръвния поток, за да картографират активността. „Все още не можем да изобразим астроцитната активност при хората, тъй като е в начален стадий. Но преди 10 години бих казал, че всъщност нямахме инструментите да направим това, дори в проучвания върху животни.“
Въпреки това, животинските модели са добър заместител, тъй като технологиите наваксват нуждите на настоящите изследвания, особено когато едни и същи процеси се наблюдават при различни видове, като мухи, риби и мишки.
„Запазените вещества са важни; ако плодова мушица и мишка ги имат, почти сигурно и ние ги имаме“, казва Фрийман. „Освен това, ако наистина искате да разберете как работи мозъкът, не можете да игнорирате половината от него.“
Докато изследователите работят усилено, за да изяснят ролите на астроцитите, Фрийман и Гутенплан казват, че обществеността може да се отпусне и да се наслаждава на каквито и да е ползи, които малките клетки биха могли да донесат в живота им; вероятно можем да направим малко, за да повлияем на здравето на астроцитите, защото поддържането на мозъка здрав е тяхна работа.
