Miért különböznek az emberi neuronok más emlősök neuronjaitól?

d63c3982af18362d4d9bc54d6850f0a7 - August 15, 2022Írta: Jeanna D. Smiley november 21, 2021- Tény ellenőrizve írta Jessica Beake, PhD.Az elágazó neuronok illusztrációja

  • Tudósok egy csoportja ténylegesen feltárta, hogy az emberi neuronok drámaian kevesebb ionhálózattal rendelkeznek, mint más állati neuronok.
  • Az ionhálózatok csökkentett vastagsága hozzájárulhat az emberekben az extra hatékony elmefunkcióhoz.
  • Az idegtudósok kutatásai utat mutatnak a jövőbeli kutatások számára, amelyek közvetlenül az e különbség mögött meghúzódó átalakulási nyomást vizsgálják.

A neuronok a fő idegrendszer alapjai, amely magában foglalja az elmét és a gerincet is. Részleteket osztanak meg elektromos impulzusokkal és kémiai jelekkel is.

Az emberi elme körülbelül 100 milliárd ilyen sejtet tartalmaz.

A neuronális impulzusokat ionhálózatok feladata hozza létre, amelyek szabályozzák a káliumból és sóból álló ásványi ionok mozgását. Jellemzően állati elmékben, ahogy a neuronok mérete nő, az idegsejtekben lévő ionhálózatok vastagsága tovább növekszik.

A cambridge-i Massachusetts Institute of Technology és a bostoni Harvard Medical School idegtudósainak megdöbbenésére az emberi neuronok esetében nem ez volt a helyzet.

Kutatási tanulmányuk a Nature 2021. novemberi változatában jelenik meg.

Lou Beaulieu-Laroche, PhD, idegtudós és egyben a kutatás vezető írója egy aktuális LinkedIn-cikkben kifejtette: „Ezek az eredmények fontos következményekkel járnak kiemelkedő kognitív képességeink és az állatmodellekből származó terápiák előtt álló kihívások megértésében. humán klinikai vizsgálatokban."

Dr. Beaulieu-Laroche ezt a tanulmányt „legmagasabb tudományos eredményének” nevezi.

Allometrikus összefüggések feltárása

A neuronális dimenzió meghatározza az idegsejtek bemeneti-kimeneti attribútumait – azt, hogy mennyire valószínű, hogy egy idegsejt „tüzel”, megfelelve egy bizonyos fokú bemenetnek más neuronoktól. A neuronok dimenziója emellett általánosan különbözik az állattípusonként.

A tudósok csoportja olyan epilepsziás egyének elmepéldáit értékelte, akik ténylegesen idegsebészeti terápiát végeztek, etruszk cickányok, számítógépes egerek, nyuszik és egyéb állatok mellett makákók is.

A tudósok szándéka az volt, hogy „jellemezzék az 5. réteg kérgi piramis neuronjait 10 emlősfajban, hogy azonosítsák azokat az allometrikus összefüggéseket, amelyek szabályozzák, hogyan változik a neuronális biofizika a sejtmérettel együtt”.

Az írók azért választották ezt a neuronpopulációt, mert „megbízhatóan azonosíthatók”, és a kutatók is alaposan kutatták őket. Az allometria egy olyan kutatási tanulmány, amely azt vizsgálja, hogyan változnak a kisállat jellemzői a méretekkel.

10 típus vizsgálatával a tudósok különböző neuronális dimenziókat és kérgi sűrűségeket is megvizsgálhatnak az állatvilágban.

Bizonyos esetekben a tudósok kétféle ionhálózatra koncentráltak: a hiperpolarizáció által aktivált ciklikus nukleotid-kapuzott (HCN) hálózatokra és a feszültségfüggő káliumhálózatokra. Erre a kettőre összpontosítottak, mivel meglehetősen könnyen hozzáférhetők, és erős hatással vannak a neuronális hálózatokra.

Kivétel a minták alól

Az idegtudósok az emberek kivételével minden típusnál rendszeresen megfigyeltek egy „építési tervet”. Alkotnak:

„A 9 fajból 10-nél konzervált szabályokat figyelünk meg, amelyek szabályozzák a feszültségfüggő kálium- és HCN-csatornák vezetőképességét. Azok a fajok, amelyeknek nagyobb a neuronja, és ezért csökkent a felület-térfogat arányuk, magasabb a membrán ionvezetése.

Ebben az összefüggésben a vezetőképesség megmagyarázza az ionok azon képességét, hogy kényelmesen áthaladjanak egy idegsejt membránrétegén ionhálózatokkal.

Dr. Beaulieu-Laroche és munkatársai azt látták, hogy az emberi neuronok ugyanazokat az allometrikus mintákat csalódják, mint a többi 9 állaté. Ehelyett a feszültségfüggő kálium és a HCN hálózati vezetőképessége jelentősen csökkent az emberi neuronokban.

Ezek a keresések „az emlősök neuronális biofizikájának konzervált evolúciós alapelveit, valamint az emberi kéreg figyelemre méltó jellemzőit” mutatják.

Megnövelt számítási kapacitás

A tanulmány szerzői közül többen is szem előtt tartották korábbi kutatási tanulmányukban, hogy az emberi neuronok nagyobbak, mint más állatoké.

A jelenlegi kutatások azonban azt sugallják, hogy az emberi 5. rétegbeli neuronok „nemcsak nagyok […], hanem alapvetően különböznek egymástól”.

A "Detonic.shop" áttekintette a jelen kutatást Keiland Cooperrel, PhD.-vel, a Kaliforniai Egyetem idegkutatójával, Irvine-ben. Nem állt kapcsolatban ezzel a kutatással.

Dr. Coopert lenyűgözte, hogy az emberi 5. rétegbeli neuronok kiemelkednek az ionhálózatok tekintetében. Úgy sejtette: „Talán az emberi agy eltér a mintától, hogy kielégítse a változó energiaigényt, ellentétben más fajokkal.”

Dr. Beaulieu-Laroche és szerzőtársai is úgy gondolják, hogy az emberi neuronok csökkent membránréteg-vezetőképessége lehetővé teszi a kéreg számára, hogy „energetikai erőforrásokat allokáljon a neuronális működés más aspektusaihoz (pl. szinaptikus átvitel), amelyek számításilag hatékonyabbak”.

Más szóval, a kevesebb ionhálózat ápolásával megtakarított erő segítheti az emberi elmét más, rendkívül bonyolult feladatok elvégzésében.

"Újszerű és fontos helyszín"

Írói szerint ez a kutatási tanulmány „új és fontos támpontot ad az emberi állapot jövőbeli vizsgálataihoz”.

Az idegtudósok fel kívánják fedezni, hová jut az emberi neuronok további ereje. Ezen túlmenően azt kívánják megállapítani, hogy vannak-e olyan specifikus örökletes kiigazítások, amelyek lehetővé teszik az emberi neuronok ilyen hatékony működését.

Ezen túlmenően ezek a tudósok felteszik maguknak a kérdést, hogy az emberekhez gondosan odafigyelő főemlősök ionhálózati vastagsága csökkent-e.

Dr. Cooper ezekre a feltárásokra is készül, ahogy az MNT-nek megmutatta:

„Az ehhez hasonló fajokon átívelő vizsgálatok nagyszerűek, és a módszertani nehézségek miatt sokkal ritkábban készülnek, mint valószínűleg kellene.”

„Egy ilyen tanulmány egy teljesen új kérdéssort nyit meg, amelyeket meg kell vizsgálni: Mi állhat az emberek és más fajok közötti különbségek hátterében? Vannak specifikus genetikai markerek vagy fejlődési mérföldkövek, ahol a fajok eltérnek egymástól? Milyen funkcionális következményei lehetnek, vagy kompenzálja-e az agy valamilyen módon?”

Dr. Cooper hozzátette: „Nagyon izgatott vagyok, hogy látom a tanulmány eredményeként megvalósuló nyomon követési munkát.”

A jövő

A tudósok még nem ismerik fel, hogy „az [ion] mennyiségenkénti vezetőképessége miért csökken az emberekben, vagy miért marad meg az összes többi vizsgált típusnál”. Ez minden bizonnyal nagy mennyiségű extra vizsgálatot igényel.

A korlátokkal kapcsolatban a tudósok kifejtik, hogy a betegség háttere és a példák mögött meghúzódó személyek terápiái is befolyásolhatták a kutatás eredményét.

Mindazonáltal szem előtt tartják, hogy „A kiterjedt betegtörténettel és műtéttípusokkal végzett korábbi vizsgálatok nem figyeltek meg szignifikáns összefüggést a betegség etiológiája és a dendritikus morfológia vagy a szinaptikus plaszticitás között.”

Ebben a tényezőben Dr. Cooper egyetért; "Úgy gondolom, hogy a szerzők meggyőző bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy az emberi neuronok reprezentatívak legyenek, de a különbségek szétválasztására irányuló további munkát be kell fejezni ennek az egyetlen vizsgálatnak a megerősítéséhez."

Ami a következő műveleteket illeti, az írók a következőket szem előtt tartva fejezik be írásukat:

„Izgalmas jövőbeli munkára van szükség ahhoz, hogy meghatározzuk az e jellegzetes sajátosságok mögött meghúzódó evolúciós nyomást és azok hozzájárulását az emberi agy működéséhez.”

.