Nevidljivi mozak

Pojam tamne materije, kao što ime sugerira, potiče osjećaj eteričnog i tajanstvenog. Vjerojatno se prvo misli na hipotetički materijal koji čini 85% gustoće svemira. To mi je palo na pamet kad sam vidio novi rad koji se širi na teoriju mračne materije mozga. Ovaj rad, objavljen prošlog mjeseca u strukturi i funkciji mozga, ima za cilj uvjeriti čitatelja da veliki niz neurona u mozgu ostaje "nijemi" tijekom cijelog životnog vijeka. Ove tihe cjeline neurona čine ovu takozvanu tamnu materiju.

Povijesno, ovo nije prvi put da se biološkom fenomenu daju oznake tamne materije. Projekt Ljudski genom otkrio je da čak 98% genoma nekodira DNK - drugim riječima, DNA koja ne kodira protein. Čak štoviše, nekad su se glijske stanice koje čine većinu stanica u mozgu smatrane tek strukturnim, u biti tihom „tamnom materijom“ mozga. Sada znamo da čak i nekodirajuća područja DNA obavljaju stanične funkcije koje znanstvenici još uvijek razjašnjavaju. Otkriveno je da su glijalne stanice sastavne dijelove mozga.

Rad je Saak Ovsepian, koji ima više akademskih imenovanja na više neuroznanstvenih instituta u Europi od bilo kojeg autora kojeg sam ikad vidio. U radu, Ovsepijan opisuje populaciju neurona u mozgu koji u suštini šute - ne aktiviraju akcijske potencijale i ne komuniciraju s nizvodno neuronima. On gradi ovu teoriju na dva osnovna principa: 1) da postoji nesklad između potrebne potrošnje energije mozga s obzirom na njegovu malu veličinu i stvarne potrošnje energije. Paradoksalno je da mozak troši preko 20% ukupne tjelesne energije, ali ipak čini 2% tjelesne težine. On sugerira da je ovo neusklađenost posljedica više neurona koji inhibiraju druge neurone (inhibitorni interneuroni), koji su aktivniji od svojih ekscitacijskih neurona. Dakle, ako inhibitorni neuroni čine većinu pucanja u mozgu, tada bi trebala postojati velika populacija neurona koji ne pucaju - jer su inhibirani. 2) Elektrofiziološke snimke i funkcionalno snimanje na eksperimentalnim modelima otkrivaju da više od polovice neurona u mozgu funkcionalno šuti. Posljednja točka iznad proizlazi iz prve točke, pa ćemo se ovdje fokusirati.

Što ćemo napraviti s ovim novim dodatkom popisa misterioznih, ako samo trenutno nepoznatih, fenomena? Definitivno se čuje za mit da koristimo samo 10% našeg mozga. Međutim, problem koji imam s ovom teorijom je druga točka odozgo: trenutni funkcionalni snimci (bilo elektrofiziološki ili slikovno) dokazuju postojanje tihih neurona. Ovsepianova pretpostavka, a on pruža značajan broj studija u prilog svojoj tvrdnji, je da u mozgu postoji populacija neurona koja, kad je zabilježena u prisutnosti različitih podražaja, nikada ne aktivira akcijski potencijal na sljedeći neuron u krugu. Dakle, bez obzira na to koliko ih načina producirate, oni ne reagiraju. Mislim da je očigledan problem: što ako pokusnici ne bi isprobali ispravne podražaje za pojedine neurone koje su testirali. Čini se vjerojatnim da na popisu podražaja za rublje jednostavno nisu postigli točan podražaj. To bi sigurno bio dug, naporan i skup eksperiment da se isproba svaki zamislivi podražaj na svakom pojedinom neuronu. Nijedan diplomski student ne bi se prijavio za taj projekt. Autor priznaje ovaj potencijalni nedostatak u svojoj teoriji:

„Još jedno moguće objašnjenje prisutnosti velikog broja neaktivnih neurona je njihova uska prilagodba da reagiraju samo na određene unose (tj. Rijetko kodiranje) ... ali da li ta razmatranja mogu objasniti vječnu tišinu ogromne većine neurona u mozgu i dalje ostaje prikazano.”

Tamo gdje zapravo mislim da ova teorija drži određenu količinu vode u predviđanju smo da održavamo drevne, evolucijski uspavane krugove. Ovsepijan opisuje stjecanje talenata kao što su autistični savanti ili relikvijarsko ponašanje kao što se može vidjeti kod naših predaka koji su živjeli tisućama godina prije civilizacije, te površine u bolesnika sa šizofrenijom. Pretpostavka da inhibitorni neuroni djeluju na kontrolu tih talenata i ponašanja izgleda uvjerljiva. Dezinhibicija koja se događa u stresnim vremenima mogla bi otkriti izvanredne sposobnosti spasitelja kao i štetna ponašanja koja se primjećuju kod shizofrenije.

Međutim, moglo bi se tvrditi, i složio bih se da gornji fenomeni mogu biti rezultat rođenja s previše funkcionalnih neurona. Mozak započinje s puno više veza između neurona nego što je potrebno. Kako se organizam razvija, broj veza smanjuje se natrag. Sada se misli da ove vanjske veze rezultiraju ponašanjem viđenim u autizmu i shizofreniji - nije potrebno dezinhibicija uspavanih krugova; oni su već tamo i funkcioniraju, iako neprimjereno. Ono što nije jasno u ovom modelu je zašto se ponašanja s porastom funkcije pojavljuju kasnije u životu nego što se može očekivati ​​od razvojnog problema (npr. Shizofrenija obično ne postane asimptomatska do ranih dvadesetih godina).

Ovsepijanova teorija pomaže objasniti ovaj obrazac napredovanja. Razmotrite osobu rođenu s genetskom šminkom koja ga predisponira za šizofreniju. Recimo da su geni rizika uključeni u mijelinizaciju * ​​inhibicijskih interneurona. Razvili smo se tako da nam mozak nije u potpunosti mijeliniran do otprilike 30 godina. Ako se mozak od mozga ove osobe malo sporije razvija od njegovih vršnjaka i mozak se razvio tako da bi do 21. godine trebao funkcionirati s unaprijed određenom količinom mijelina, može se sniziti prag njegovog mozga za upravljanje stresom. Čini se da je to slučaj. Životni stres raste oko 20. godine života, što je ujedno i najviša učestalost shizofrenije. Čini se da je tada moguće da bi gubitak funkcije inhibicijskog interneurona, zbog poznate oštećenja, mogao dezinficirati krugove koji u „normalnoj“ osobi ne bi djelovali. Teorija tamne materije pomaže objasniti zašto se psihoza viđena kod ovih bolesnika razvija u ovom trenutku, a ne prije nego što se moglo očekivati.

Sve u svemu, mislim da su podaci koji podržavaju tamnu materiju - vjerojatno bolje opisani kao mračni neuron - teorija o funkciji mozga pomalo tanka. S druge strane, ideja drevnih neuronskih mreža koja miruje u stanju mirovanja dodaje fascinantan zaokret evoluciji mozga. Možda ćemo jednog dana isprobati svaki vjerodostojan podražaj za svaki krug da utvrdimo postoji li uistinu populacija neurona koja miruje, čekajući da se oslobode.

* Mijelin je masni sloj koji se omotava oko aksona neurona i omogućava im brži i učinkovitiji signal.