Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελεί ένα από τα πιο πολύπλοκα και εντυπωσιακά όργανα του σώματος, καθώς υποστηρίζει ικανότητες και συμπεριφορές που δεν παρατηρούνται σε κανένα άλλο ζωικό είδος. Εδώ και αιώνες, η επιστημονική κοινότητα προσπαθεί να κατανοήσει τι ακριβώς κάνει τον ανθρώπινο εγκέφαλο τόσο μοναδικό και πώς εξελίσσεται κατά τη διάρκεια της ζωής.
Τα τελευταία χρόνια, οι τεχνολογικές και πειραματικές εξελίξεις έχουν ανοίξει νέους δρόμους στη νευροεπιστημονική έρευνα, επιτρέποντας πιο λεπτομερείς χαρτογραφήσεις του εγκεφάλου και των μηχανισμών που ρυθμίζουν τη λειτουργία του. Συνολικά, αυτές οι προσπάθειες συμβάλλουν σε μια βαθύτερη κατανόηση των βιολογικών βάσεων διαφόρων νευροψυχιατρικών και νευροαναπτυξιακών διαταραχών.
Ερευνητές από το Beijing Normal University, το Changping Laboratory και άλλα ερευνητικά ιδρύματα μελέτησαν πρόσφατα τον ανθρώπινο εγκέφαλο σε σύγκριση με εκείνον του μακάκου, εξετάζοντας πώς αναπτύσσονται με την πάροδο του χρόνου, μέσω γενετικών και μοριακών εργαλείων ανάλυσης. Η μελέτη τους, που δημοσιεύτηκε στο Nature Neuroscience, ανέδειξε σημαντικές διαφορές ανάμεσα στα δύο είδη, με τον ανθρώπινο προμετωπιαίο φλοιό να ωριμάζει πιο αργά από τον αντίστοιχο των μακάκων.
«Η κατανόηση των κυτταρικών και μοριακών χαρακτηριστικών της ανάπτυξης του ανθρώπινου προμετωπιαίου φλοιού είναι κρίσιμη για την ερμηνεία των γνωστικών μας ικανοτήτων, αλλά και της ευαλωτότητας σε νευρολογικές και νευροψυχιατρικές διαταραχές», έγραψαν οι Jiyao Zhang, Mayuqing Li και οι συνεργάτες τους. «Δημιουργήσαμε ένα συγκριτικό αποθετήριο δεδομένων για τη γονιδιακή έκφραση, την προσβασιμότητα της χρωματίνης και τη χωρική μεταγραφωμική της μεταγεννητικής ανάπτυξης του προμετωπιαίου φλοιού σε ανθρώπους και μακάκους, σε επίπεδο μεμονωμένου κυττάρου».
Χαρτογράφηση της ανάπτυξης του εγκεφάλου
Οι ερευνητές συνέλεξαν δείγματα εγκεφαλικού ιστού που αφαιρέθηκαν χειρουργικά από τον προμετωπιαίο φλοιό ανθρώπων και μακάκων σε διαφορετικά στάδια μετά τη γέννηση. Τα ανθρώπινα δείγματα προήλθαν από παιδιά με επιληψία, τα οποία υποβάλλονταν σε χειρουργική επέμβαση στο πλαίσιο της θεραπευτικής τους αντιμετώπισης.
Στη συνέχεια, ανέλυσαν τη γονιδιακή έκφραση σε μεμονωμένα κύτταρα, καθώς και την προσβασιμότητα της χρωματίνης, δηλαδή το πόσο «ανοιχτό» ή προσβάσιμο είναι το DNA μέσα σε κάθε κύτταρο. Παράλληλα, χαρτογράφησαν τη γονιδιακή έκφραση σε ολόκληρα τμήματα εγκεφαλικού ιστού, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της χωρικής μεταγραφωμικής, ενώ εξέτασαν και τους διαφορετικούς τύπους κυττάρων που ήταν παρόντες.
«Οι συνδυαστικές αναλύσεις ανέδειξαν δυναμικές αναπτυξιακές πορείες ειδικές για κάθε είδος, αποκαλύπτοντας κρίσιμα χρονικά παράθυρα και γονιδιακά ρυθμιστικά δίκτυα που εμπλέκονται σε διαδικασίες όπως η συναπτογένεση, το συναπτικό ‘κλάδεμα’ και η γλοιογένεση», ανέφεραν οι συγγραφείς.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ανθρώπινος προμετωπιαίος φλοιός χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να ωριμάσει σε σύγκριση με εκείνον των μακάκων. Επιπλέον, παρατηρήθηκε ότι τα γλοιακά προγονικά κύτταρα, δηλαδή κύτταρα με χαρακτηριστικά βλαστικών κυττάρων που αργότερα διαφοροποιούνται σε εξειδικευμένους τύπους γλοιακών κυττάρων, πολλαπλασιάζονται σε μεγαλύτερο βαθμό στους ανθρώπους.
«Εντοπίσαμε ρυθμιστικούς μηχανισμούς που συνδέονται με την παρατεταμένη ανάπτυξη του ανθρώπινου προμετωπιαίου φλοιού σε σχέση με εκείνον των μακάκων», έγραψαν οι ερευνητές. «Τα γλοιακά προγονικά κύτταρα παρουσίασαν υψηλότερη ικανότητα πολλαπλασιασμού στους ανθρώπους, κάτι που συνδέθηκε με διακριτά πρότυπα γονιδιακής έκφρασης. Παράλληλα, εντοπίσαμε κυτταρικούς τύπους και εξελικτικές σειρές που εμφανίζουν αυξημένη ευαλωτότητα σε νευροαναπτυξιακές και νευροψυχιατρικές διαταραχές, με έμφαση σε μεταγραφικούς παράγοντες που εμφανίζουν χαρακτηριστικά ειδικά για τον άνθρωπο».
Ευρήματα που εμβαθύνουν την κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου
Οι Zhang, Li και οι συνεργάτες τους κατέγραψαν σημαντικές παρατηρήσεις που βοηθούν να εξηγηθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια οι γνωστές διαφορές ανάμεσα στις εγκεφαλικές λειτουργίες των ανθρώπων και των άλλων πρωτευόντων. Ιδιαίτερη σημασία έχει το γεγονός ότι εντόπισαν μεταγραφικούς παράγοντες που ρυθμίζουν την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά δεν φαίνεται να παίζουν αντίστοιχο ρόλο στον εγκέφαλο των μακάκων. Παράλληλα, προσδιόρισαν τύπους κυττάρων στον ανθρώπινο εγκέφαλο που είναι γνωστό ότι επηρεάζονται σε συγκεκριμένες διαταραχές.
«Τα ευρήματά μας φωτίζουν ανθρώπινα ειδικά ρυθμιστικά προγράμματα που παρατείνουν τη μεταγεννητική ωρίμανση του εγκεφαλικού φλοιού, μέσω συντονισμένης ανάπτυξης νευρώνων και γλοιακών κυττάρων, με συνέπειες για τη γνωστική λειτουργία και τις νευροαναπτυξιακές διαταραχές», ανέφερε η ερευνητική ομάδα.
Στο μέλλον, τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης θα μπορούσαν να συμβάλουν στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσεται ο ανθρώπινος εγκέφαλος, αλλά και των μοριακών διεργασιών που διαταράσσονται σε άτομα με νευροαναπτυξιακές ή νευροψυχιατρικές διαταραχές. Αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για νέες στρατηγικές πρόληψης ή θεραπευτικής αντιμετώπισης.
