Naukowcy wyjaśniają zagadki związane ze strukturą mózgu
Naukowcy z Wielkiej Brytanii i Niemiec stworzyli nowe możliwości poznania czynników sterujących strukturą i układem mózgu. Wcześniej myślano, że aby system nerwowy funkcjonował najbardziej efektywnie, połączenia neuronów powinny składać się z bardzo krótkich włókien nerwowych. Tę teorię opierano na koncepcji mówiącej, że tworzenie i utrzymywanie połączeń neuronów wiąże się ze znacznym wysiłkiem metabolicznym, który powinien być w miarę możliwości ograniczany. Naukowcy przeprowadzili zaawansowane analizy komputerowe badań anatomicznych mózgu nicienia Caenorhabditis elegans i makaka. Uzyskane przez nich wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie "PLoS Computational Biology". Ku ich zaskoczeniu, stwierdzono, iż obydwa gatunki posiadają zastanawiająco dużą liczbę długich połączeń, do tego stopnia, że gdyby komórki powiązać ze sobą w optymalny sposób, całkowita długość tych powiązań mogłaby się zmniejszyć o około 50 procent. To wywołało pytanie, dlaczego układy nerwowe tych dwóch różnych gatunków są najwyraźniej zbudowane wysoce nieefektywnie. Naukowcy stwierdzili, że minimalne powiązania sieciowe znacząco zwiększają przeciętną długość ścieżki (pod względem liczby odcinków do przebycia) miedzy odległymi punktami sieci. Zdaniem autorów dokumentu, utrzymywanie dużej liczby długich włókien zapewnia sieciom korzyści, które wynagradzają koszt ich utrzymywania. Po pierwsze sygnał nie musi przechodzić przez tak wiele odcinków, jak to się dzieje przy krótkich włóknach, gdzie węzły pośrednie mogą powodować powstawanie sygnałów zakłócających. Po drugie, szybciej przetwarzane są sygnały i w konsekwencji szybciej następują reakcje behawioralne podejmowane na ich podstawie, dzięki ograniczeniom opóźnień w przekazie. Po trzecie, długie połączenia umożliwiają dostarczenie sygnału zarówno do pobliskich, jak i odległych rejonów w tym samym czasie, ułatwiając w ten sposób synchroniczne przetwarzanie informacji. Na koniec, długie włókna zwiększają niezawodność systemu, ponieważ wraz z każdym węzłem na drodze przekazywania informacji pojawia się ryzyko jej utraty całkowitej lub częściowej. Szef zespołu badawczego, dr Marcus Kaiser z Newcastle University porównuje działanie systemu nerwowego do podróży pociągiem między Newcastle (położonym daleko na północy Anglii) a Londynem. - Znacznie szybciej i łatwiej można dostać się do Londynu, wsiadając do bezpośredniego pociągu - wyjaśnił. - Natomiast gdyby jechać przez Durham, Leeds i Stevenage, za każdym razem przesiadając się, wówczas podróż zajęłaby więcej czasu, a ponadto w którymś miejscu można nie zdążyć na następne połączenie. Tak samo dzieje się w ludzkim mózgu. - Wiele osób sugeruje, że mózg jest jak komputer i aby działał z optymalną efektywnością, połączenia między komórkami nerwowymi powinny być w większości krótkie - dodał dr Claus Hilgetag z Międzynarodowego Uniwersytetu w Bremen. - Nasze badania sugerują, że niezbędna jest kombinacja wypustek nerwowych różnej długości. Choć badania raczej nie zmierzają wprost do leczenia klinicznego, naukowcy uważają, że mogą przyczynić się do poznania podłoża chorób takich, jak Alzheimer i autyzm. Skanowanie mózgu pacjentów dotkniętych tymi schorzeniami wykazało brak pewnych długich połączeń nerwowych.
Kraje
Niemcy, Zjednoczone Królestwo