Ieškoti

Mokslas prie kavos puodelio

Einšteino genialumo priežastis glijos ląstelės



Albertą Einšteiną greičiausiai būtų galima vadinti vienu įtakingiausiu žmonijos mąstytoju. Per savo ilgą bei įžymią fiziko karjerą Einšteinas prisidėjo prie bendrojo reliatyvumo teorijos ir įvairių kvantinės fizikos teorijų, kurios dabar sudaro moderniosios fizikos pagrindą. Manau, kad neretas pagalvojęs apie žodį “genijus”, susimąsto būtent apie Einšteiną [1]. Natūralu, kad mokslininkai norėjo išsiaiškinti, kas būtent padarė Einšteiną tokiu protingu žmogumi. Jie nusprendė pažvelgti į jo smegenis.


Kai Albertas Einšteinas mirė 1955-aisias, jo smegenys buvo atskirtos nuo kūno ir įdėtos į stiklainį pilną formaldehido [2]. Šios smegenys yra vienos iš labiausiai tyrinėtų smegenų žmonijos istorijoje. Beveik 30 metų tyrimų negalėjo rasti jokių skirtumų tarp paprasto Jono ir Einšteino smegenų. Fiziko smegenys nebuvo nei didesnės, nei turėjo daugiau neuronų.


Proveržis Einšteino smegenų tyrimuose įvyko 1980-aisiais, kai neuromokslininkė Marina Daimond (Marina Diamond) iš Kalifornijos universiteto Berklyje gavo keturias fiziko smegenų sekcijas. Eksperimentai, kuriuos atliko Daimond komanda, buvo ganėtinai paprasti: Einšteino smegenys buvo supjaustytos ypač plonais griežinėliais (apie 6 mikrometrų storio), griežinėliai padedami po mikroskopu, ląstelių skaičius suskaičiuojamas, atsižvelgiant į jų morfologines ypatybes, o rastas skaičius naudojamas statistinio reikšmingumo testuose, lyginant jas su kitomis 11-a vyriškų smegenų. Eksperimento rezultatai nustebino daugelį.


Pasirodo, kad Einšteino smegenys skiriasi nuo paprastų smegenų. Jos skiriasi glijos ląstelių skaičiumi. Einšteino smegenys turėjo dešimt kartų daugiau glijos ląstelių nei įprasta (ląstelės buvo skaičiuotos smegenų dalyje, vadinamoje asociacijos žieve (angl. “association cortex”), kuri yra atsakinga už vaizduotę ir kompleksinį mąstymą). Tuo metu toks atradimas buvo netikėtas. Neuromokslininkai 80-aisiais manė, kad glijos ląstelės nėra labai svarbios kognityvinėms funkcijoms. Jų funkcija dažniausiai būdavo apibūdinama kaip pasyvi, reikalinga tik palaikyti normalų neuroninių ląstelių funkcionavimą. Glijos ląstelės kontroliuodavo maistinių medžiagų prieigą, mirusių nervinių ląstelių ir kitų ląstelinių “šiukšlių” valymą. Ir vis tiek - dėl kažkokios magiškos priežasties šios ląstelės buvo galimai susijusios su Einšteino genialiu protu.

Šią savaitę aš pradedu trijų savaičių straipsnių seriją apie glijos ląsteles - kas jos yra, ir kodėl jos yra svarbios. Tam, kad pademonstruočiau, kodėl neuromokslų entuziastams turėtų rūpėti būtent glijos ląstelės, aš atskleisiu jų svarbą dviejuose fenomenuose: piktnaudžiavimo narkotikais ir miego. Pasirodo, kad glijos yra neįtikėtinai svarbios ir tuomet, kai žmonės vartoją didelį kiekį metamfetamino, ir kai mes miegame nakties metu. Bet prieš pasineriant į šias temas, pirmiau reikia paaiškinti, kas tos glijos ląstelės yra. Taigi, pakalbėkime apie glijos ląstelių neuromokslą.


Glijos ląstelės sudaro nuo 33 iki 66 procentų žinduolių smegenų, priklausomai nuo gyvūno rūšies [3]. Glijos ląstelės buvo atrastos beveik tuo pačiu metu kaip neuronai, bet biomedicinos tyrėjai jomis ilgai nesidomėjo. To meto mokslininkai galvojo kad glijos ląstelės nieko įdomaus neveikia, paprasčiausiai rūpinasi “smegenų roko žvaigždėmis” neuronais ir tvarko jų aplinką. Tačiau dabar žinome, kad tiesa negalėjo būti toliau nuo šio požiūrio ir kad glijos ląstelės aktyviai reguliuoja ne tik smegenų veiklą, bet ir pačius neuronus. Viena iš pagrindinių tokios akademinės apatijos priežasčių buvo tai, kad neuromokslininkai galvojo, jog glijos negali komunikuoti viena su kita, nes neturėjo įrankių “suprasti” kitonišką glijų kalbą [4]. Neuronai vienas su kitu “kalbasi”, naudodami elektrinius impulsus, kurie sukuria cheminę molekulių kaskadą, priverčiančią kitą neuroną perduoti elektrinį impulsą. Reikšminga mokslinė publikacija pasirodė 2002-ais metais. Mokslininkai R. Duglas Fildsas (R. Douglas Fields) ir Betas Stivensas-Grehamas (Beth Stevens-Graham) įrodė, kad glijos ląstelės taip pat geba komunikuoti, tačiau kitokia nei neuronų kalba [5]. Technologinis progresas ankstyvaisiais 2002-aisias leido vizualizuoti kalcio jonų judėjimą tarp ląstelių. Kalcio jonai yra vienas svarbiausių cheminių signalų, kurį neuroninės ląstelės naudoja komunikuoti viena su kita. Naudodami šią naują cheminės komunikacijos vizualizaciją, Fildsas bei Stivensas-Grehamas pademonstravo, kad glijos ląstelės viena su kita komunikuoja vien tik cheminiu būdu (tuo tarpu neuroninės ląstelės komunikuoja ir chemiškai ir elektriniu būdu). (Beje, šis komunikacijos tipas yra INA narės, Dr. Lauros Bojarskaitės, tyrimų objektas. 1-oji iliustracija rodo vieną jos darbo rezultatų!) Vėlesni tyrimai greitai atskleidė, kad glijos ląstelės kalbasi ne tik viena su kita. Jos taip pat turi receptorius (tarytum priimančios prieplaukos), kurie geba priimti cheminius signalus, skleidžiamus neuronų. Šie receptoriai glijoms leidžia patyliukais klausytis neuronų ir retkarčiais sustiprinti ar susilpninti jų neuroninę žinutę, jei tai yra reikalinga. Po šių esminių atradimų apie glijos ląstelių komunikaciją, glijos ląstelės nustojo būti matomos vien kaip neuronų “tarnai”. Šios ląstelės patapo pirminiu neuromokslininkų tyrimų objektu.



1 iliustracija: Astrocitų vizualizacija gyvos pelės smegenyse naudojant žaliajį fluorescencinį baltymą

Egzistuoja 7 glijos ląstelės tipai, kurių kiekvienas dabar yra labai aktyviai tyrinėjamas ir turintis didelę svarbą mūsų nervinėms sistemoms. Aptarsime 4 populiariausius glijos tipus žvaigždes primenantys astrocitai, imuninės ląstelės mikroglija, neuronus mielinu padengiantys oligodendrocitai (centrinė nervų sistema) ir neuronus mielinu padengiančios švanų ląstelės (periferinė nervų sistema). Leiskit trumpai apibūdinti kiekvieną tipą.


Astrocitai yra taip pavadinti, nes ankstyviesiems anatomams šios ląstelės savo forma priminė žvaigždes. Astrocitai padeda ląstelėms gauti maistinių medžiagų, kurias jie galėtų naudoti kaip energijos šaltinį neuroninei veiklai. Pagrindinė astrocitų funkcija yra palaikyti cheminį balansą ląstelinėje aplinkoje, supančioje neuroną tam, kad neuronai galėtų išgyventi ir sėkmingai “šaudyti” elektrinius impulsus bei komunikuoti per sinapses [6]. Tačiau dabar žinome, kad astrocitai dar ir patys gali paveikti neuronų komunikaciją ir aktyviai reguliuoti smegenų veiklą.


2 iliustracija: Glijos ląstelės

Mikroglija yra imuninės smegenų ląstelės. Mūsų smegenys yra ganėtinai gerai apsaugotos nuo išorinių patogenų specializuotu barjeru stovinčiu tarytum siena tarp kraujo ir smegenų. Šis sluoksnis praleidžia tik molekules su “VIP pasais”, kurios yra esminės sveikam smegenų funkcionavimui, tokios kaip cukrus, deguonis ir tam tikros kitos molekulės. Žinoma, anatomai šį sluoksnį ir pavadino kraujo-smegenų barjeru. Žinau, labai originalu... Ir vis tik šis barjeras taip pat nepraleidžia ląstelių iš mūsų imuninės sistemos, kuri gina visą likusį mūsų kūną. Šią gynybinę nišą užpildo mikroglija. Šios glijos yra tarytum asmeninės ląstelinės smegenų sargybinės. Esant normalioms sąlygoms smegenyse mikroglija vaikštinėja po smegenis ir savo ataugėlėmis liečia, tarytum tikrina viską aplinkui, ar viskas gerai, ar nėra kokių įsibrovėlių patogenų, ar nėra smegenų traumos.. Aptikusios pavojų ar mikroglija aktyvuojasi: “išsipučia” ir pradeda “valgyti” smegenis kamuojančius patogenus.


Geriausias paaiškinimas, kurį sugalvojau oligodendrocitams ir švanų ląstelėms, yra tai, kad jos yra tarytum puseserės, turinčios panašų darbą, bet triūsiančios skirtinguose kompanijos departamentuose. Elektriniai impulsai mūsų smegenyse yra perduodami be galo greitai (beveik 150 metrų per sekundę greičiu [7]). Toks greitis yra galimas dėl to, kad mūsų neuronai yra padengti plonu riebaliniu sluoksniu, kuris izoliuoja neuroninius impulsus. Šis riebalinis sluoksnis vadinasi mielinas. Mielino svarbą galima parodyti per išsėtinės sklerozės pavyzdį. Išsėtinė sklerozė yra autoimuninė liga, priverčianti mūsų kūno imuninę sistemą atakuoti neuronus dengiantį mieliną. Žmonės, kenčiantys nuo išsėtinės sklerozės, turi stipriai suprastėjusias sensorines (jutiminės sistemos) ir motorines (kvėpavimas, judėjimas) funkcijas. Visa tai atsitinka dėl to, kad neuroniniai impulsai smarkiai sulėtėja, kai jie yra nepadengiami mielinu. Oligodendrocitų ir švanų ląstelės yra atsakingos už neuronų padengimą mielinu ir tai yra be galo svarbi rolė.




3 iliustracija: Mielino dangalas ir Švano ląstelės

Grįžkime prie mano analogijos - pamenate, sakiau, kad oligodendrocitai ir švanų ląstelės yra puseserės? Oligodendrocitai “dirba” centrinėje nervų sistemoje (CNS), tuo tarpu švanų ląstelės “darbuojasi” periferinėje nervų sistemoje (PNS). CNS yra mūsų galvos smegenys ir stuburo smegenys - ši nervinė sistema yra tarytum valdymo centras, kontroliuojantis mūsų kūnų nervinę sistemą. PNS yra visi nervai už galvos ir stuburo smegenų ribų, pasiekiantys “tolimiausias” mūsų kūno dalis. Taigi, oligodendrocitai yra atsakingi už neuronų padengimą mielinu centrinėje nervų sistemoje, tuo tarpu švanų ląstelės darbuojasi periferinėje nervų sistemoje. Norint būti sveikiems, mums reikalingos abi šios glijų ląstelės.


Pilnas glijos ląstelių supratimas keičia neuromokslininkų mąstymą apie tai, kaip mūsų smegenys veikia ir kaip jos gali būti gydomos, kai sunegaluoja. Tyrimai rodo, kad glijos ląstelės yra galimai labai svarbios tokiuose įvairiuose neurologiniuose sutrikimuose, kaip disleksija, autizmas, depresija, mikčiojimas, kurtumas, lėtinis skausmas, epilepsija, miego sutrikimai ar net patologinis melavimas. Nors šiuo metu Einšteino genialus protas ir glijų ląstelių gausa tėra įdomi koreliacija (bet nesiejamas priežastiniu ryšiu), nebūčiau per daug nustebęs, jei tai galėtų tapti žmonijos raktu atskleidžiant genialumo paslaptį.



Straipsnį INA vardu parengė Matas Vitkauskas


Šaltiniai:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein

  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein%27s_brain#:~:text=Diamond's%20laboratory%20made%20thin%20sections,was%20the%20difference%20statistically%20significant.

  3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24807023/

  4. https://www.brainfacts.org/archives/2010/glia-the-other-brain-cells

  5. New Insights into Neuron-Glia Communication | Science (sciencemag.org)

  6. https://blogs-scientificamerican-com.libproxy1.nus.edu.sg/guest-blog/glia-the-new-frontier-in-brain-science/


Iliustracijų šaltiniai:


Iliustracija 1: Dr. Lauros Bojarskaitės asmeninis archyvas

Iliustracija 2: https://www.sciencenewsforstudents.org/article/scientists-say-glia

Iliustracija 3: https://www.news-medical.net/health/What-are-Schwann-Cells.aspx

Viršelio iliustracija: https://www.delfi.lt/mokslas/mokslas/dvidesimt-nepaprastu-faktu-apie-alberta-einstei