Znajdź zawartość

Mapowanie mózgu trwa już od ponad 100 lat, nadal jednak nikt nie wie, na jakiej zasadzie poszczególne części czy ośrodki są ze sobą połączone. By ujawnić przebieg "okablowania" fragmentu szczurzego mózgu, naukowcy z Uniwersytetu Południowej Kalifornii posłużyli się najnowszymi zdobyczami nauki. Narodowe Instytuty Zdrowia przeznaczyły aż 30 mln dolarów na stworzenie konektomu (connectome od ang. connect – łączyć) ludzkiego mózgu. Richard H. Thompson i Larry W. Swanson mapowali ośrodek nagrody związany z przyjemnością czerpaną z jedzenia. Okazało się, że połączenia tworzyły pętle, co sugeruje, że - przynajmniej w tej części mózgu gryzonia – diagram komunikacyjny wygląda jak rozproszona sieć. Neurolodzy hołdujący tradycyjnym poglądom uważają, że mózg jest zorganizowany hierarchicznie, a niższymi ośrodkami zarządza kora. Inni popierają nowszą teorię, forsującą model mózgu z płaską siecią przypominającą Internet. Zaczęliśmy w jednym miejscu i przyglądaliśmy się połączeniom. Natrafiliśmy na bardzo złożone serie pętli. Nie było schematu organizacyjnego ani dołu czy góry – wyjaśnia Swanson. Wykorzystana w ramach studium metoda śledzenia obwodów pozwala na badanie sygnałów przychodzących i wychodzących z dwóch dowolnych ośrodków mózgu. Thompson wynalazł ją i ulepszał przez 8 lat. Większość stosowanych dotąd technik koncentruje się na jednym sygnale w jednym miejscu i jednym kierunku. My zaś u tego samego zwierzęcia możemy się przyglądać 4 "nitkom" obwodu naraz. To była nasza techniczna innowacja – cieszy się Swanson. Model Internetu pozwoliłby wyjaśnić, jak mózg radzi sobie z miejscowymi uszkodzeniami. Da się przecież wyłączyć niemal każdy pojedynczy element Internetu, a reszta będzie nadal działać. Swanson dodaje, że zazwyczaj istnieje alternatywna trasa przez układ nerwowy. Ciężko byłoby powiedzieć, że jakakolwiek część jest absolutnie niezbędna. Amerykanin po raz pierwszy omówił swój rozproszony model mózgu w opublikowanej w 2003 r. książce pt. "Architektura mózgu: Zrozumienie podstawowego planu". Przyznaje, że na razie to tylko niepotwierdzona teoria, ale warto rozważyć wersję inną niż hierarchiczna. Kora, dzięki której myślimy, jest niezwykle istotna, ale nie pozostaje jedyną determinującą nasze zachowanie częścią układu nerwowego. Ze szczegółami badań można się zapoznać w artykule opublikowanym na łamach pisma Proceedings of the National Academy of Sciences.

Działanie niektórych genów przypomina do złudzenia działanie komputerowych sieci rozproszonych - twierdzą naukowcy z Uniwersytetu Carnegie Mellon. Jak tłumaczą, pozwala to na błyskawiczne wykrywanie wadliwego działania poszczególnych genów i rekompensowanie ich aktywności przez aktywację innych sekwencji DNA. Przeprowadzone studium skupiało się na działaniu genów kodujących tzw. czynniki transkrypcyjne, czyli białka odpowiedzialne za regulację aktywności różnych sekwencji DNA. Geny kodujące czynniki transkrypcyjne stanowią zaledwie 5-10% wszystkich genów w genomie organizmu, lecz to one sterują większością procesów pozwalających komórkom na przetrwanie i adaptację do warunków otoczenia. Jak pokazały liczne badania prowadzone w ostatnich latach, część czynników transkrypcyjnych posiada własne kopie, zwane paralogami. Ich funkcja nie była dotychczas dokładnie znana, lecz naukowcy kierowani przez Ziva Bara-Josepha wykazali, że przechowywanie pozornie niepotrzebnych, zduplikowanych wersji genów ma krytyczne znaczenie dla ochrony komórki przed uszkodzeniami. Dzięki kompleksowej analizie aktywności licznych genów kodujących czynniki transkrypcyjne u drożdży piekarskich wykazano, że "wyłączenie" dowolnego z nich blokuje zwykle aktywność zaledwie 3% genów znajdujących się pod jego kontrolą. Pozostałą część utraconej aktywności rekompensowały z powodzeniem paralogi. Co ciekawe, większość z nielicznej grupy czynników transkrypcyjnych, które nie posiadały swoich paralogów, także były na swój sposób "zabezpieczone". W ich przypadku formą ochrony była możliwość bardzo ścisłej kontroli nad "obsługiwanymi" przez nie genami Sprawiała ona, że w razie mutacji genu kodującego dany czynnik transkrypcyjny często możliwe było utrzymanie przynajmniej częściowej aktywności kodowanego przez ten gen białka. Dokonane odkrycie pomoże badaczom w zrozumieniu przyczyn nieoczekiwanego zachowania komórek podczas wielu eksperymentów. Przez wiele lat naukowcy zastanawiali się, dlaczego blokowanie aktywności czynników transkrypcyjnych często nie dawało niemal żadnych efektów w postaci zmiany aktywności kontrolowanych przez nie genów. Zdobyta wiedza może więc ułatwić badania nad tak ważnymi zagadnieniami, jak wady rozwojowe czy liczne choroby nabywane przez ludzi na drodze mutacji.