Vědcům trvalo desetiletí, než připustili, že se v mozku rodí nové neurony. Nyní zjišťují, že tito „mozkoví zelenáči“ sehrávají důležitou roli při učení a ukládání informací do paměti. Podílejí se i na vzniku vážných onemocnění a pomáhají chorobné stavy mozku zvládnout.
Nováčci to nemívají lehké. Přicházejí do kolektivu, kde už všichni přesně znají své místo, plní vlastní úkoly a mají jasno ve vzájemných vztazích. Jak se prosadit a zapadnout? Vyřešení této otázky není důležité jen pro kariéru sportovců přestupujících do nového celku, žáků přecházejících z jedné školy na druhou nebo pracovníků nastupujících na nové místo. Jako „zavedený kolektiv“ se chovají také buňky zvířecího či lidského mozku. Nováčky, tedy nově vzniklé neurony, v něm nečeká jednoduchý úkol.
Jako domeček z karet
Už jen na stránkách starších učebnic biologie přežívá chybný názor, podle kterého se rodíme s hotovým mozkem. Podle dlouho tradovaného omylu přicházíme na svět s konečným počtem neuronů a nové neurony už se nám v mozku nerodí. Naopak, neustálý úhyn neuronů nám měl ze zásoby neuronů v mozku neustále jen „ukrajovat“.
Na toto „zlaté dogma“ neurologie přísahali vědci i lékaři až do 90. let minulého století. Pak objevili nově zrozené neurony v mozku dospělých myší a nakonec i v mozku lidí. „Zlaté dogma“ se tak zhroutilo jako domeček z karet, stalo se překonanou minulostí.
Úžasný výkon ptačí paměti
Nejbujněji vyrůstají nové neurony v hipokampu, centru mozku zodpovědném za ukládání informací do paměti, pro které má čeština hezké jméno „koník“. Už dříve pozorovali biologové vznik nových neuronů v paměťovém mozkovém centru „koníka“ u ptactva. U kanárů odhalili přírůstek nových neuronů v mozkovém centru řídícím zpěv v období, kdy se tito pěvci učí novým nápěvům.
Nové neurony vznikaly i v paměťových centrech ptáků, kteří si ukládají na zimu potravu do velkého počtu skrýší. Ptačí paměť přitom podává úžasný výkon. Například americké sojky si pamatují tisíce úkrytů a navíc ukládají do paměti i informace o druhu uskladněné potravy a délce jejího skladování. Není proto divu, že si k zvládnutí takového objemu dat musí mozek vypomoci novou neuronovou akvizicí. Vědci proto začali spojovat vznik nových neuronů především s učením.
Co se v mládí naučíš…
Oporu pro tyto teorie čerpali odborníci hlavně z ptačí říše. Kanáři se například každý rok učí nové nápěvy. Mimo sezónu ze svého pěveckého umění výrazně ztrácejí. Vznik nových neuronů v jejich mozkovém centru pro řízení zpěvu tyto změny kopíruje. Před zvládnutím nového nápěvu jim v mozku prudce přibude nových neuronů. Mimo zpěvnou sezónu se jim toto centrum zmenšuje a neurony v něm hynou.
Australské zebřičky, které jsou o poznání horšími zpěváky než kanáři, svůj pěvecký repertoár nemění. Jednoduchou píseň, kterou se naučily v mládí, omílají po zbytek života. Nové neurony se jim ve zpěvném centru mozku tvoří jen v mládí, kdy ještě „berou hodiny zpěvu“. V dospělosti už se jim zpěvné centrum nemění a nové neurony se v něm neobjevují.
Myší identifikace
Také u savců byla pozorována podobná „sezóna nových neuronů“. Myší matka má se svými mláďaty velmi dobré vztahy, jejichž navázání stojí a padá se schopností rozeznat jednotlivá mláďata čichem. Matka se tedy musí naučit identifikovat s každým dalším vrhem nové a nové rodinné příslušníky.
Vědce zajímalo, jestli se na to její mozek během březosti nějak připravuje. Vyšetřili část mozku zodpovědnou za vnímání pachů a zjistili, že v něm březím samicím stoupá produkce nových neuronů o dvě třetiny. První velká vlna nových neuronů se objevuje už v první třetině třítýdenní březosti. Druhá se dostaví krátce po porodu.
Vznik nových neuronů probíhá pod taktovkou hormonu prolaktinu, který má na starosti i další důležité „mateřské schopnosti“, např. spuštění tvorby mléka v mléčné žláze. Myší samice, jejichž nervové buňky jsou v důsledku cíleného zásahu do dědičné informace „hluché“ k prolaktinu, se ke svým mláďatům po porodu vůbec neznají. Zřejmě nejsou s to si zapamatovat jejich pach.
Probouzí sex nové hormony?
Hormon prolaktin zdaleka neřídí jen mateřské chování. Je jedním z hormonů, které se u zvířat podílejí na vytváření „manželských svazků“. Jeho hladiny prudce stoupají bezprostředně po páření. U řady zvířat zajistí prolaktinová „bouře“ rozvířená „svatební nocí“ poměrně pevné pouto mezi samcem a samicí, kteří se pak společně starají o mláďata.
Někteří vědci jsou přesvědčeni, že i tento svazek je zpečetěn informacemi uloženými do nově vytvořených neuronů. Mezi neurology, kteří se zabývají vznikem nových neuronů v mozku, dokonce koluje vtip, že pravidelný sex musí zákonitě svědčit lidskému mozku, protože v něm budí tvorbu nových neuronů.
„To je, mírně řečeno, přehnané tvrzení,“ říká kanadský neurolog Samuel Weiss z University of Calgary, jenž v roce 1992 zboural do té doby tradované dogma o konečném počtu neuronů v mozku dospělých savců. „O tvorbě nových neuronů v lidském mozku toho zatím víme málo. A o úlohách a významu nově vzniklých neuronů pro člověka toho víme ještě méně. O tom, jak ovlivňuje sex tvorbu nových neuronů v lidském mozku, nevíme zatím zhola nic.“
Nedá se očekávat, že by se objem našich poznatků o vlivu sexu na množení neuronů v mozku v dohledné době výrazně zvýšil. Výzkum se ubírá poněkud jiným směrem.
Nejsme úplně bezmocní
Vědci věnují velkou pozornost vzniku nových neuronů v části mozku zvané hipokampus, protože ta se významně podílí na ukládání informace do paměti. S postupujícím věkem se člověku hipokampus zmenšuje a tím také slábne jeho paměť. Proces mohou ještě urychlit choroby.
Každý z nás má řadu dobrých důvodů si přát, aby mu jeho hipokampus sloužil co nejlíp a co nejdéle. O tom, že proti ztrátě neuronů z hipokampu nejsme úplně bezmocní, svědčí výsledky pokusů na laboratorních potkanech. Pokud jsou tato zvířata chována v prostředí, které jim nabízí zábavu a příležitost k zaměstnávání mozku, prudce u nich stoupá množství nově zrozených neuronů v hipokampu.
Mladým potkanům stoupá množství nově vznikajících neuronů v hipokampu na dvojnásobek. V hipokampu starých zvířat žijících v pestrém prostředí lze nalézt třikrát tolik nově vzniklých neuronů než u jejich vrstevníků obývajících klec s „holými stěnami“. Potkani žijící v pestrém prostředí jsou chytřejší a mají celkově větší mozek. Zdá se tedy, že to přinejmenším z části padá na vrub nově vznikajících neuronů.
Jak trénovat mozek?
Na tvorbu nových neuronů v hipokampu nemá vliv jen duševní námaha. Výrazně ji posilují i tělesná cvičení. Potkani, kteří denně běhali v kole, měli v hipokampu o 80% zvýšenou produkci nových neuronů. Výsledky podobných experimentů potvrzují to, na co lidé přišli díky životním zkušenostem.
Týrání mozku i těla představuje celkem spolehlivý recept na duševní svěžest a výkonnost i v pokročilém věku. Z některých studií dokonce vyplývá, že tělesný i duševní trénink dokáže do určité míry kompenzovat úbytek neuronů vyvolaný degenerativními mozkovými onemocněními, jako je například Alzheimerova choroba.
Není k tomu třeba dřít v posilovně nebo prosedět hodiny v univerzitní knihovně. U seniorů ohrožených degenerativním onemocněním mozku se projeví pozitivně například i obyčejné pravidelné procházky. Jako účinná duševní cvičení se uplatní i ruční práce, luštění křížovek nebo četba.
Deprese je vrahem neuronů!
Masovým vrahem neuronů jsou duševní deprese. Při této duševní chorobě lze pozorovat sníženou tvorbu nových neuronů, jež postihuje i paměťové centrum v hipokampu. Léčba depresí kromě jiného vrací mozku schopnost vytvářet nové neurony a odstraňuje tak napáchané škody.
Lékaři dlouho připisovali účinek léků proti depresím jejich vlivu na produkci molekul, jimiž se neurony v mozku vzájemně „domlouvají“. Tím však jejich efekt hrubě podcenili. Antidepresiva vyvolávají množení neuronů v některých částech mozku, především v hipokampu a jemu blízké oblasti zvané gyrus dentatus, čili zubatý závit. Pokud vědci podávali antidepresiva těžce vystresovaným myším, kterým zabránili v množení neuronů v mozku, myši se depresí nezbavily. Změny v produkci „komunikačních“ molekul zůstaly bez účinku.
Jak začlenit buňky do kolektivu?
Zdaleka ne vždy je ale množení neuronů žádoucí. Někdy dokážou nově vzniklé neurony napáchat více škody než užitku. Například epileptické záchvaty urychlují vyzrávání nových neuronů a jejich propojování s ostatními nervovými buňkami mozku. Často tak vznikají spoje, které činnosti mozku nejen neprospívají, ale jsou jí na překážku.
Význam nově utvářených spojů mezi nově vzniklými nervovými buňkami je patrný i s ohledem na perspektivy léčby mozku. Ten má od přírody omezenou schopnost se hojit. Lékaři by rádi nahradili novými buňkami neurony zničené při mozkových cévních příhodách. K odstranění následků ale nebude stačit pouhá „výsadba“ nových nervových buněk. Důležité bude, jak se tyto nové buňky „začlení do kolektivu“. Samotná „dodávka“ nových buněk má stejnou šanci na úspěch, jako když automechanik nasype do polámané převodovky nová ozubená kola a nenamáhá se s jejich usazením na správné místo.
V jiné společnosti
V životě nového neuronu můžeme vysledovat tři klíčové momenty.
Prvním je jeho zrod ze speciálních buněk předurčených k tvorbě nervových buněk. Používá se pro ně označení nervové kmenové buňky. Ty se dělí zvláštním způsobem. Z kmenové buňky totiž vzniknou dvě dceřiné buňky. Jedna se vysune z místa, kde dlela „mateřská“ buňka a dostane se tak do poněkud jiné „buněčné společnosti“. To ji nasměruje k vývoji v novou nervovou buňku. Druhá dceřiná buňka zaujme místo mateřské buňky a podrží si všechny její atributy. Tak je zajištěno, že se zásoba nervových kmenových buněk nikdy nevyčerpá.
Nepřežije bez komunikace
Druhou důležitou etapou v životě nově vzniklé nervové buňky je její vyzrávání ve vysoce specializovanou buňku, uzpůsobenou k plnění zcela konkrétních úkolů. Jde o jakási „buněčná školní léta“. V tomto procesu nemají velkou šanci „samotáři“ , tedy buňky, které se straní čilé komunikace s okolními buňkami.
Buňka má dvě možnosti. Buď se propojí s ostatními buňkami, začne s nimi komunikovat a přežije, nebo zůstane stát stranou a nakonec hyne. V „buněčné škole“ nových neuronů se nepropadá a druhou šanci na „opakování ročníku“ buňky nedostávají.
Vědci už vystopovali molekuly, které nově vzniklé neurony využívají k životadárné komunikaci. Ukazuje se, že nový, mladý neuron musí dostat dostatečně silný impuls v podobě látek zodpovědných za přenos zpráv mezi neurony, především kyseliny gama-aminomáselné a kyseliny glutamové.
Profese nové buňky
Třetí období v životě nového neuronu bychom mohli přirovnat k nástupu do zaměstnání po dokončení studií. Neuron „chodí do práce“, to znamená, že plní své funkce a využívá vše, co se v předchozím období naučil.
Je vysoce pravděpodobné, že se v dospělém mozku objevují neurony s „profesemi“, které tu původně chyběly. Mozek se tak díky tomu může přizpůsobovat podmínkám, učit se další „triky“ a zvládat nové úkoly. Naučíme se tak třeba poznávat pro nás zcela novou vůni, s kterou jsme se nikdy předtím nesetkali.
Celkový proces zrodu, dozrávání a přežívání nových neuronů, probíhající v mozku dospělého tvora, se v mnoha směrech podobá procesu, kterým se vytváří mozek během embryonálního vývoje. Buňky využívají podobných mechanismů. Použijeme-li školskou terminologii, pak nejde o nic jiného než o opakování již zvládnutého a dobře zažitého učiva.
Neurony
tvoří funkčně i morfologicky velmi pestré společenství buněk nervové soustavy. Svědčí o tom i jejich rozmanitá velikost. Nejmenší neurony měří jen 4 mikrometry, ty největší měří i 130 mikrometrů.
Neuron je tvořen tělem (perikaryonem) a vláknitými výběžky. Výběžky jsou dvojího typu. Kratší, bohatě větvené dendrity přivádějí vzruchy do těla neuronu. Druhý typ výběžku je označován jako neurit nebo axon a slouží k odvádění vzruchu z neuronu. Dendritů může mít neuron hned několik. Axon bývá jen jeden. Místa, kde spolu komunikují dva neurony, se nazývá synapse.
Trnitá cesta k pravdě
Dokázat, že „současné pravdy“ jsou ve skutečnosti „staré omyly“, nebývá ve vědě vždycky jednoduché. Autoři mnoha zásadních objevů šli „hlavou proti zdi“ a stáli se svým objevem sami proti všem. Důkaz o vzniku nových neuronů v mozku dospělých obratlovců nebyl výjimkou.
Už v roce 1965 objevil Joseph Altman z Massachusetts Institute of Technology (USA) nově narostlé neurony v myším mozku. Nikdo mu nevěřil. Odborníci smetli jeho přelomový objev se stolu s tím, že musí jít o chybu. Všichni přeci vědí, že v mozku dospělých zvířat a lidí se nové neurony netvoří!
O dvacet let později prováděl Fernando Nottebohm z Rockefeller University v New Yorku výzkum mozku severoamerických sýkor černohlavých a zjistil, že se jim objevuje v mozku velké množství nových neuronů v období, kdy si ukládají do skrýší zásoby semen na zimu. Většina neurologů ale prohlásila ptáky za výjimku potvrzující staré známé pravidlo: „V dospělosti se zvířatům v mozku nové neurony netvoří“.
V roce 1992 našli kanadští vědci Samuel Weiss a Brent Reynolds z University of Calgary nově vznikající neurony i v mozku myší. Teprve jejich objev prolomil ledy staré teorie o konečném počtu neuronů v mozku, které vzdorovaly soustředěnému náporu řady výzkumníků plných sedmadvacet let.
Kolik buněk zemře v mozku?
Lidský mozek váží zhruba 1,5 kilogramu a je tvořen až 100 miliardami neuronů. Na každý neuron připadá navíc až deset gliových buněk, které mají za úkol neurony podporovat. Původně byly považovány za jakési „lepidlo“, jež drží neurony pohromadě. Odtud také pochází jejich název, který je odvozen z řeckého výrazu pro klíh. Dnes je jasné, že se i gliové buňky podílejí na přenosu informací a jejich zpracování.
Buněk je v mozku tolik, že by nás nemělo ohrozit, když nám sem tam nějaká z nich zemře a zmizí. Denně hyne i zdravému člověku v mozku několik tisíc neuronů. Ze celý život tak „pochováme“ desítky milionů neuronů. Za mnohé ale máme náhradu v podobě nově vzniklých neuronů. Také gliové buňky se množí a obnovují.
Jak staré jsou buňky v těle?
V mozku se nám neobnovují všechny typy buněk. Buňky mozkové kůry nám slouží prakticky beze změny po celý život. Jinak je tomu ale v případě neuronů v centrech mozku, zodpovědných za čich, a v hipokampu, kam si ukládáme informace k zapamatování. Tam vznikají stále nové a nové nervové buňky. Dospělý člověk má proto v těchto oblastech mozku populaci nervových buněk v průměru o poznání mladší, než je on sám.
Na jiných místech těla je „obrat“ buněk ještě mnohem čilejší. Buňky střeva vydrží v našem těle asi 16 let. Výjimku tvoří střevní sliznice, jejíž buňky obvykle nežijí déle než 5 dnů. Sliznice přitom tvoří plných 40% hmoty střeva. Buňky svalu třicetiletého člověka jsou v průměru 15 roků staré.
Budou senioři „pařit“?
Především starší lidé často propadají pocitu, že mládež musí nakonec z neustálého hraní počítačových her úplně zhloupnout. Američtí vědci prokázali pravý opak. „Paření“ na počítači může posílit výkon mozku i u starších lidí, kterým hrozí Alzheimerova choroba.
V počátečních fázích tohoto závažného neurodegenerativního onemocnění se téměř nenápadně snižuje duševní výkonnost. Běžné neurologické vyšetření nemusí tento časný příznak choroby odhalit. Pokud hrají starší lidé denně jednu a tutéž počítačovou hru, odhalí pokles v dosahovaném skóre nástup Alzheimerovy choroby dříve než obvyklá lékařská vyšetření. Včasné nasazení léků pak pomůže pacientovi v boji se zákeřnou nemocí.
Firma Nintendo už vyvinula pro tyto účely dvě hry – Brain Age a Brain Training. Podle některých odborníků už samotné hraní posiluje mozek a tím jej obrní proti chorobě. Záleží však na typu hry. Zdaleka ne všechny se pro tyto účely hodí.
Nové neurony a hubnutí
Harvardští biologové odzkoušeli na myších kúru, která léčí obezitu prostřednictvím nově narostlých neuronů v mozku. Pokusné myši dostávaly tzv. ciliární neurotrofický faktor (zkráceně CNTF). Tato látka vyvolává množení neuronů v části mozku zvané hypothalamus. Ten reguluje řadu životně důležitých činností. Kromě jiného i příjem potravy.
CNTF zajistí v hypothalamu vznik nových neuronů, které přijímají signály z tukové tkáně a v odezvě na tyto podněty pak tlumí činnost neuronů, jež zvyšují chuť k jídlu. Výsledný efekt CNTF je jednoznačný. Po jeho podání se zvýší počet neuronů, které hlídají množství tukové tkáně. Jakmile začne zvíře tloustnout a v jeho těle se hromadí tuk, vyšlou nově vytvořené neurony z hypothalamu do mozku signál: „Nemám hlad, nechci jíst!“
