Έρευνα επιστημόνων της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Stanford δείχνει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν αναπτύσσεται ως ένα ενιαίο όργανο, αλλά προκύπτει από δύο ξεχωριστά νευρικά συστήματα, τα οποία ακολούθησαν ανεξάρτητες εξελικτικές και αναπτυξιακές πορείες επί εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Neuroscience, αμφισβητεί την έως τώρα αντίληψη ότι όλες οι περιοχές του εγκεφάλου έχουν κοινή αναπτυξιακή αφετηρία. Σύμφωνα με τα ευρήματα, δύο αρχαία νευρικά συστήματα συνυπάρχουν στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Το ένα υποστηρίζει τις αυτόματες λειτουργίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή, ενώ το άλλο συνδέεται με τις σύνθετες ικανότητες της ανθρώπινης σκέψης.
Ο εγκέφαλος διακρίνεται σε πρόσθιο, μέσο και οπίσθιο τμήμα. Ο πρόσθιος εγκέφαλος σχετίζεται με τη γλώσσα, τη συνείδηση, τη δημιουργική σκέψη και την επεξεργασία αφηρημένων εννοιών. Ο οπίσθιος εγκέφαλος, που περιλαμβάνει βασικές δομές του εγκεφαλικού στελέχους, διαχειρίζεται λειτουργίες όπως η αναπνοή, ο καρδιακός ρυθμός, ο ύπνος και η πείνα.
Παράλληλα, νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου συμμετέχουν στον έλεγχο των μυών του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού. Επομένως, επηρεάζουν άμεσα την ομιλία, την κατάποση και άλλες κρίσιμες λειτουργίες.
Για να παρακολουθήσουν την προέλευση αυτών των περιοχών, οι ερευνητές μελέτησαν τα πρώτα στάδια ανάπτυξης εμβρύων ποντικών, κατά τη γαστριδίωση, τη φάση κατά την οποία αρχίζει να οργανώνεται το σώμα. Διαπίστωσαν ότι δύο ομάδες πρόδρομων κυττάρων εμφανίζονται εξαρχής χωριστά.
Η μία ομάδα οδηγεί στον σχηματισμό του πρόσθιου και του μέσου εγκεφάλου, ενώ η δεύτερη εξελίσσεται στον οπίσθιο εγκέφαλο. Οι δύο κυτταρικοί πληθυσμοί δεν επικαλύπτονται και οι αναπτυξιακές τους πορείες παραμένουν διακριτές από τα πρώτα στάδια.
Η ομάδα του Stanford εξέτασε αν το ίδιο πρότυπο εμφανίζεται και σε άλλα είδη. Η ανάλυση περιέλαβε κοτόπουλα, ψάρια-ζέβρα και σκουλήκια βελανιδιού, θαλάσσιους οργανισμούς που μοιράζονται με τον άνθρωπο έναν πολύ μακρινό κοινό πρόγονο.
Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις εντοπίστηκαν ενδείξεις διπλής προέλευσης του νευρικού συστήματος. Αντίστοιχη οργάνωση παρατηρείται, σε διαφορετική μορφή, και στις μέδουσες, οι οποίες αποχωρίστηκαν από την εξελικτική γραμμή που οδήγησε στον άνθρωπο πριν από περίπου 600 έως 700 εκατομμύρια χρόνια.
Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι ο διαχωρισμός των δύο νευρικών συστημάτων δεν αποτελεί πρόσφατο χαρακτηριστικό των σπονδυλωτών, αλλά πιθανότατα έχει πολύ βαθύτερες εξελικτικές ρίζες.
Η νέα κατανόηση της εγκεφαλικής ανάπτυξης επέτρεψε στους ερευνητές να αξιοποιήσουν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα. Τα κύτταρα αυτά μπορούν, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, να μετατραπούν σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων του ανθρώπινου οργανισμού.
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες τα κατεύθυναν ώστε να δημιουργήσουν λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου. Τα κύτταρα που προέκυψαν εμφάνισαν ηλεκτρική δραστηριότητα και παρήγαγαν πρωτεΐνες χαρακτηριστικές των περιοχών που ελέγχουν την κίνηση των μυών του προσώπου και την κατάποση.
Η εξέλιξη αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς οι συγκεκριμένοι νευρώνες είναι δύσκολο να μελετηθούν σε ανθρώπους. Η λήψη ιστού από το εγκεφαλικό στέλεχος ζώντων ασθενών δεν είναι πρακτικά εφικτή, με αποτέλεσμα οι επιστήμονες να έχουν περιορισμένη πρόσβαση σε ανθρώπινα δείγματα.
Η δυνατότητα παραγωγής νευρώνων του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο μπορεί να ενισχύσει την έρευνα για ασθένειες όπως η νωτιαία μυϊκή ατροφία και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση. Οι ερευνητές θα μπορούν να μελετούν σε καλλιέργειες κυττάρων τον τρόπο με τον οποίο εκδηλώνονται οι βλάβες και να εξετάζουν υποψήφιες θεραπευτικές παρεμβάσεις.
Το εύρημα δεν αλλάζει μόνο την εικόνα για την εξελικτική ιστορία του εγκεφάλου. Παρέχει, παράλληλα, ένα νέο εργαστηριακό μοντέλο για τη μελέτη των κυττάρων που υποστηρίζουν βασικές λειτουργίες της ζωής και προσφέρει ένα πιθανό εργαλείο για την ανάπτυξη μελλοντικών θεραπειών.
