4. decembra 2020
Mozgy

Na stope ľudskej mysle – synapsie

Pri pohľade na lebku príbuzných primátov a človeka si môžeme všimnúť zaujímavý detail. Kým žuvacie svaly u človeka majú svoje upevnenie na boku lebky, u iných primátov siahajú až po samí vrchol hlavy. Jedným z uveriteľných predpokladov hovorí o tom, že skrátenie žuvacích svalov na hlavách lebiek ľudí umožňuje jej väčší rast, čo následne umožňuje väčšiemu rastu mozgu a tým aj zvyšovaniu inteligencie. Samozrejme,  za predpokladu, že väčší mozog znamená vyššiu inteligenciu. 

Ak by toto tvrdenie bolo pravdivé, človek by zrejme nepatril medzi najinteligentnejšie stvorenia sveta. Veď v porovnaní s mozgom veľrýb je ľudský mozog niekoľko násobne menší a predsa veľryby nepredstavujú inteligenčne dominantný druh. Najnovšie štúdie nemeckého výskumného tímu venujúcemu sa skúmaniu kognitívnych schopností primátov poukazujú na to, že ani medzi našimi príbuznými druhmi nemusí veľkosť mozgu odpovedať inteligenčnej úrovni. Vo svojich experimentoch porovnávali schopnosti lemurov s inými opicami a primátmi, pričom zistili, že v niektorých z testov si lemury viedli rovnako, dokonca lepšie ako napríklad naši najbližší príbuzný – šimpanzy. Ako je to možné? Ako sa mozog počas života a vývinu zväčšuje? A je veľkosť mozgu kritická pre rozvoj inteligencie?

Jedna z možných odpovedí na tieto otázky sa skrýva v bunkových štruktúrach nervového systému nazývaných synapsie – funkčné spojenie dvoch neurónov. Táto malá a kompaktná štruktúra zabezpečuje výmenu informácie medz bunkami, ktorá vedie k spracovaniu senzorických informácii, regulovaní životných funkcii, pohybu atď.  Predpokladá sa, že práve počet týchto synaptických spojení do veľkej miery zodpovedá našim kognitívnym schopnostiam. Vznik týchto synapsií medzi neurónmi predstavuje náhodný proces. O prežití tohto spojenia však už nerozhoduje náhoda ale to, do akej miery je využívané.

Ak sa takéto spojenie ukáže ako efektívne (lepšia koordinácia pohybu, zapamätanie si určitej informácie) nervový systém synapsie fixuje v procese nazývanom dlhodobá potenciácia (z anglického long term potentiation). Ak však dané nervové spojenia využívané nie sú, alebo ich dlhodobo prestaneme používať ( napr. prestaneme hrať na hudobný nástroj, ktorému sme sa venovali na základnej škole) spojenia v našom mozgu slabnú a zanikajú v procese dlhodobej depresie synapsií (z anglického long term depression) – povedané jednoduchšie, zabudneme. Tieto dynamické deje označované aj ako neuroplasticita síce zhustením počtu synapsií dokážu spôsobiť zväčšenie alebo zmenšenie určitých častí nášho mozgu, pri mikroskopickej veľkosti synapsií ho nedonúti narásť do rozmerov mozgu veľrýb. Preto veľkosť mozgu nepredstavuje kritický faktor určujúci inteligenciu druhu.

Vzhľadom k tomu, že nervové synapsie nepredstavujú duálny systém, inteligencia by nemusela byť určovaná len skrz aktivitu neurónov. Obsahujú ešte tretieho člena – výbežok astrocytu.  Astrocyty patria do skupiny gliových buniek dlho považovaných len za akési lepidlo nervového systému. Dnes však vieme, že zohrávajú oveľa významnejšiu úlohu nielen pri formovaní a udržiavaní synapsií. Astrocytový výbežok obaľujúci synaptické spojenie vyživuje a zároveň reguluje aktivitu tohto spojenia. Akonáhle sa stane synapsia medzi dvoma neurónmi aktívna vyprovokuje zároveň aktivitu astrocytovej bunky, ktorá dokáže regulovať intenzitu prenášaného signálu (vypustením špecifických neuroaktívnych látok a molekúl ATP môže inhibovať alebo zvyšovať aktivitu na pre- a postsynaptických membránach).

Astrocyty zároveň reagujú na aktivitu neurónov zvyšovaním vlastnej vnútrobunkovej koncentrácie vápnikových iónov (Ca2+). Zaujímavé je, že v experimentálnych podmienkach, keď bola vápniková aktivita astrocytov vyvolaná umelo, astrocyty vytvorili „vápnikovú vlnu“, ktorá spustila rovnaký mechanizmus aj v okolitých gliových bunkách. Je teda možné, že aktivita neurónov neovplyvňuje len astrocytové bunky, ktoré sú v priamom kontakte so synapsiou ale aj okolité bunky, kde sa informácia o aktivite spojenia môže šíriť práve ako vápniková vlna. Tá tak môže koordinovať ďalšiu synaptickú aktivitu aj vzdialených oblastí mozgu.

Dôležitosť gliových buniek v spracovaní informácii podporuje aj zaujímavý príbeh Einstenovho mozgu, ktorý bol po jeho smrti (viac menej ilegálne) študovaný. Zistilo sa, že jeho mozog v dolnej časti parietálneho laloku, ktorý je zodpovedný za syntézu a analýzu informácií získaných z viacerých oblastí mozgu obsahoval viac gliových buniek ako u normálneho človeka (poznámka: viacero oblastí Einsteinovho mozgu obsahovalo vyšší počet gliových buniek ako mozog normálneho muža, a však len v tejto oblasti sa preukázala štatistická významnosť tohto počtu). Naznačuje to, že podobne ako v mnohých procesoch nervovej sústavy, neuróny nepredstavujú jediného aktéra, ale sú priamo závislé na počte a aktivite gliových buniek. Napriek všetkému, pochopenie aktivity neurónov, gliových buniek a ich spojení nám bez ďalšieho kontextu ani zďaleka nedokáže odpovedať na neurobiologický pôvod inteligencie.

[Radovan]

________________________________________________________________

Zdroje:

FICHTEL, Claudia; DINTER, Klara; KAPPELER, Peter Michael. The lemur baseline: How lemurs compare to monkeys and apes in the Primate Cognition Test Battery. BioRxiv, 2020.

COSTANDI, Moheb. Neuroplasticity. MIT Press, 2016.

NEWMAN, Eric A. New roles for astrocytes: regulation of synaptic transmission. Trends in neurosciences, 2003, 26.10: 536-542.

DIAMOND, Marian C., et al. On the brain of a scientist: Albert Einstein. Experimental neurology, 1985, 88.1: 198-204.

Pridaj komentár