Оберіть мову:

Гаряча лінія: (044) 357-70-55 | itbankdna@ukr.net
Соціальні мережі:

У людському неокортексі є рідкісний тип нейронів, відсутній у шимпанзе і горил

Мал. 1. Мозок людини різко відрізняється від мозку інших мавп за розміром, але не по анатомії. Схема зі статті A. M. M. Sousa et al., 2017. Evolution of the Human Nervous System Function, Structure, and Development.

Спроби зрозуміти, чим людський мозок відрізняється від мавпячого, тривають вже півтора століття, проте до цих пір знайдено не так вже й багато серйозних відмінностей крім розміру. Порівняння повних транскріптомов 16 відділів мозку у людей, шимпанзе і макак виявило безліч генів, активність яких помітно змінилася в людській еволюційної лінії. Водночас з’ясувалося, що в людському неокортексе є рідкісний тип дофамінових нейронів, відсутній у шимпанзе і горил, хоча у нашій більш далекій рідні – орангутанів і нелюдиноподібних мавп – такі нейрони в корі є. Отримані дані стануть важливою підмогою в пошуках причин людської унікальності.

Хоча люди явно відрізняються від інших приматів з поведінки і когнітивним здібностям, питання про те, якими властивостями мозку обумовлені ці відмінності, далека від вирішення. Зрозуміло, що наш мозок більший, ніж у інших мавп (рис. 1), і у нас більше нейронів в неокортексе. Але цього, швидше за все, недостатньо для пояснення унікальних рис нашого розуму. Позитивні кореляції, що простежуються між розміром мозку, числом нейронів і когнітивними здібностями як у приматів, так і у інших ссавців, що не настільки прості і однозначні, щоб зводити наші когнітивні особливості виключно до маси мозку або кількості нейронів в корі.

Вже понад півтора століття – починаючи з виходу в світ дарвінівського «Походження видів» – вчені намагаються знайти в мозку людини хоч якісь унікальні риси крім розміру. Спочатку цього питання надавали перебільшене значення, так що дебати протікали дуже бурхливо (див. Great Hippocampus Question). Противники Дарвіна думали, що наявність в мозку людини анатомічних деталей, відсутніх у мавп, довело б незалежне створення видів і неспроможність дарвінівської теорії. Річард Оуен, один з найавторитетніших антидарвіністи, стверджував, що такої унікальної деталлю є «малий гіпокамп» (hippocampus minor), нині відомий як «пташина шпора» (calcar avis) – опуклість на медіальній стінці заднього рогу бокового шлуночка. Але дарвіністів вдалося показати, що і «малий гіпокамп», і інші знайдені Оуеном мозкові структури, нібито унікальні для людини, у мавп теж є. Цей гучний диспут сприяв зростанню популярності дарвінівської теорії, хоча сьогодні нам уже нелегко зрозуміти логіку тогочасних вчених, які вважали, що наявність або відсутність дріб’язкової опуклості на стінці мозкового шлуночка може бути аргументом «за» або «проти» еволюційного походження видів. У кожного виду є якісь унікальні риси, інакше його не вважали за б окремим видом. Втім, деякі креаціоністи і донині вважають, що в мозкових шлуночках знаходиться душа.

За минулі півтора століття між мозком людини і шимпанзе так і не вдалося знайти серйозних анатомічних відмінностей. Навіть специфічні пропорції відділів людського неокортексу, мабуть, не виходять за межі характерною для приматів мінливості. Правда, знайшлися інші, більш тонкі відмінності, що зачіпають структуру зв’язків між відділами (наприклад, між «мовними» зонами кори), а також деталі будови нейронів (наприклад, пірамідальні нейрони кори у людей дещо більше і мають більш розгалужену систему дендритів з великим числом дендритних шипиків). Крім того, в ряді досліджень було показано, що у людини та інших приматів різняться рівні експресії деяких генів в мозку. Всі ці відмінності, а також наявні дані про їх генетичну базисі і функціональної ролі, розглянуті в оглядовій статті, опублікованій недавно в журналі Cell (A. M. M. Sousa et al., 2017. Evolution of the Human Nervous System Function, Structure, and Development).

В останньому випуску журналу Science великий міжнародний колектив біологів (до складу якого входять і автори огляду в Cell) повідомив про результати масштабного дослідження транскріптомов 16 відділів мозку дорослих людей, шимпанзе і макак резусів. Отримані дані дозволили розширити і уточнити уявлення про те, як змінився мозок в людській еволюційної лінії.

Автори виміряли рівні експресії білок-кодують генів і не кодують РНК в 247 зразках мозкової тканини шести людей, п’яти шимпанзе і п’яти макак. Зразки були взяті з гіпокампа, мигдалеподібного тіла, смугастого тіла, медіодорзального ядра таламуса, кори мозочка і 11 відділів неокортексу.

Виявилося, що рівні експресії достовірно різняться (хоча б в одному відділі мозку у однієї пари видів) у 25,9% матричних РНК (6866 з 26 514) і 40,6% мікроРНК (603 з 1 485). У людини експресія 11,9% мРНК і 13,6% мікроРНК або достовірно підвищена, або знижена в порівнянні з обома мавпами хоча б в одному відділі мозку. Найсильніше людський профіль експресії відрізняється від мавпячого в смугастому тілі, таламусі, первинної зорової і дорзолатеральной префронтальної корі (рис. 2). Специфічні для людини зміни експресії мРНК (білок-кодують генів) за рідкісними винятками приурочені лише до деяких відділах мозку (а не до всіх відразу). Навпаки, серед диференційно експресуються мікроРНК багато таких, чия експресія у людини підвищена або знижена у всіх або багатьох відділах відразу. При цьому генів мікроРНК з глобально підвищеною експресією у людини втричі більше, ніж зі зниженою (155 проти 47).

Рис. 2. Дифференциальная экспрессия генов в мозге человека, шимпанзе и макака резуса

Мал. 2. Диференціальна експресія генів в мозку людини (H), шимпанзе (С) і макака резусу (M). На верхньому малюнку розміри гуртків відображають число білок-кодують генів з тим чи іншим рівнем експресії: H = C = M – немає достовірних відмінностей між видами, H> C = M – у людини експресія вище, ніж у шимпанзе і макаки, ​​і т. д. На нижньому малюнку показані приклади диференційно експресуються генів; розміри гуртків показують, у скільки разів рівень експресії у людини вище (рожеві і червоні кружки) або нижче (блакитні та сині), ніж у шимпанзе і макаки; гуртки з чорним контуром відповідають достовірним відмінностей. Відділи мозку: MFC – медійна префронтальна кора, OFC – орбито-префронтальная кора, DFC – дорзолатеральной префронтальная кора, VFC – вентролатеральная префронтальная кора, M1C – первинна моторна кора, S1C – первинна соматосенсорная кора, IPC – задня нижня область тім’яної кори, A1C – первинна слухова кора, STC – верхня скронева кора, ITC – нижня скронева кора, V1C – первинна зорова кора, HIP – гіпокамп, AMY – мигдалеподібне тіло, STR – смугасте тіло, MD – медіодорзальное ядро ​​таламуса, CBC – кора мозочка. Малюнок з обговорюваної статті в Science

Багато генів, експресія яких змінилася у людей в порівнянні з шимпанзе і макаками, пов’язані з передачею сигналів за допомогою нейромедіаторовацетілхоліна, серотоніну і дофаміну. Наприклад, в смугастому тілі у людини знижена експресія трьох з п’яти типів дофамінових рецепторів (DRD1, DRD2, DRD3). Ці медіатори роблять модулирующее (див. Neuromodulation) вплив на нейрони мозку і відіграють важливу роль в навчанні, розумової діяльності і емоційної регуляції поведінки. Навпаки, профілі експресії генів, пов’язаних з головними «робочими конячками» мозку – збудливим медіатором глутамат і гальмівним медіатором ГАМК – виявилися подібними у трьох видів. Нуклеотидні послідовності цих генів теж відрізняються високою консервативністю у приматів.

Особливу увагу автори приділили генам, пов’язаним з біосинтезу дофаміну: TH (тирозин-гідроксилази) і DDC (ДОФА-декарбоксилази). Експресія TH і DDC різко підвищена у людини в смугастому тілі в порівнянні з шимпанзе і макакою (H> C = M). При цьому в неокортексе у шимпанзе експресія TH нижче, ніж у макаки і людини (C <H = M).

Зацікавившись цією незвичайною картиною, автори вивчили зразки мозкової тканини шести інших видів мавп: бонобо, західної горили, калімантанского орангутана, павіана анубіса, свінохвостого макака і капуцина-фавна.

Відмінності в експресії TH, як з’ясувалося, пов’язані з числом вставних нейронів, що експресують TH (TH +). У людини в двох відділах смугастого тіла (в хвостатому ядрі і шкаралупі) нейронів TH + виявилося набагато більше, ніж у всіх інших мавп. У неокортексе нейрони TH + повністю відсутні у наших найближчих родичів – великих африканських людиноподібних мавп (шимпанзе, бонобо і горили), проте вони є у людини, орангутана і всіх нелюдиноподібних мавп (рис. 3).

Рис. 3. В неокортексе человека и макаки присутствуют синтезирующие дофамин нейроны TH+

Мал. 3. У неокортексе людини і макаки присутні синтезують дофамін нейрони TH + (показані чорними стрілками). У неокортексе шимпанзе таких нейронів немає, а є тільки аксони дофамінових нейронів (білі стрілки), що приходять сюди з середнього мозку. Зображення з обговорюваної статті в Science

Про присутність в людському неокортексе нечисленних нейронів TH + було відомо і раніше, але авторам вдалося з’ясувати про них нові подробиці. Судячи з набору експресуються генів, нейрони TH +, розташовані в неокортексе, можуть синтезувати ГАМК. При цьому багато хто з них (понад 60%) експресують також DDC (фермент, потрібний для синтезу дофаміну), але не виробляють ферменту, що перетворює дофамін в норадреналін. Додаткові експерименти з клітинними культурами підтвердили, що ці нейрони дійсно виробляють дофамін. Вивчення проб людської мозкової тканини на різних стадіях розвитку показало, що кортикальні вставні нейрони TH + формуються в гангліонарних горбках і починають мігрувати в смугасте тіло і неокортекс незадовго до або незабаром після народження. У шимпанзе і горил, вони, мабуть, до неокортексу не добираються

Швидше за все, від початку у мавп вставні нейрони TH + присутні в невеликій кількості і в смугастому тілі, і в неокортексе. У загального предка великих африканських людиноподібних мавп вони пропали з неокортексу (або, може бути, самі нейрони не пропали, але перестали експресувати TH – а значить і синтезувати дофамін). Нарешті, у предків людей після їх відділення від предків шимпанзе відбулося дві зміни: по-перше, відновився присутність нейронів TH + в неокортексе, по-друге, різко зросла їх кількість в смугастому тілі.

Оскільки дофаминовая система впливає на багато аспектів нашої психіки (включаючи пам’ять, інтелект, здатність до навчання і мотивацію вчинків), ці еволюційні зміни можуть мати пряме відношення до питання про природу людської унікальності. Чи так це – покажуть подальші дослідження. На сьогоднішній день відомо, що число нейронів TH + в неокортексе знижується при хворобі Паркінсона і деменції з тільцями Леві (W. Marui et al., 2003. Degeneration of tyrosine hydroxylase-immunoreactive neurons in the cerebral cortex and hippocampus of patients with dementia with Lewy bodies ). Так що цілком можливо, що ці нейрони дійсно важливі для нормальної роботи людського розуму.

Зрозуміло, значимість обговорюваної роботи не зводиться до розшифровки еволюційної історії вставних нейронів TH + (хоч їм і приділено багато місця в статті). Автори отримали значний список генів, активність яких в тих чи інших відділах мозку істотно змінилася у людей в порівнянні з іншими мавпами. Швидше за все, багато хто з цих генів вплинули на становлення наших унікальних особливостей. Розбираючись послідовно з пунктами списку, можна буде знайти чимало цікавого, як автори показали на прикладі нейронів TH +.

Джерело: André MM Sousa, Ying Zhu, Mary Ann Raghanti, Robert R. Kitchen, Marco Onorati, Andrew TN Tebbenkamp, ​​Bernardo Stutz, Kyle A. Meyer, Mingfeng Li, Yuka Imamura Kawasawa, Fuchen Liu, Raquel Garcia Perez, Marta Mele, Tiago Carvalho, Mario Skarica, Forrest O. Gulden, Mihovil Pletikos, Akemi Shibata, Alexa R. Stephenson, Melissa K. Edler, John J. Ely, John D. Elsworth, Tamas L. Horvath, Patrick R. Hof, Thomas M. Hyde, Joel E. Kleinman, Daniel R. Weinberger, Mark Reimers, Richard P. Lifton, Shrikant M. Mane, James P. Noonan, Matthew W. State, Ed S. Lein, James A. Knowles, Tomas Marques-Bonet, Chet C. Sherwood, Mark B. Gerstein, Nenad Sestan. Molecular and cellular reorganization of neural circuits in the human lineage // Science. 2017. V. 358. P. 1027-1032. DOI: 10.1126 / science.aan3456.

Немає коментарів

залишити коментар

Введіть фразу для пошуку в поле нижче і натисніть Enter