Pod lebečnými kosťami prebieha čulá vrava. Mikroskopický svet pripomína pouličný trh plný ľudí. Ale v chaose je ukrytý systém. Zabalený do sietí. Vitajte v matrixe ľudského mozgu.
Článok je súčasťou rubriky Veda, výskum – naša šanca.
Dvaja nobelisti, dve teórie
V roku 1906 sa komisia pre udeľovanie Nobelových cien za medicínu a fyziológiu rozhodla odmeniť dvoch velikánov neurovied. Všetkých členov musela svrbieť ich učená briadka – vtedajší symbol vzdelanosti. Obaja kandidáti reprezentovali dve odlišné hypotézy vysvetľujúce ako funguje ľudský mozog.
Španiel Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) a Talian Bartolomeo Camillo Emilio Golgi (1843- 1926) boli najväčšími rivalmi svojej doby. Komisia dlho zvažovala, ktorú teóriu odmení. Napokon sa rozhodla šalamúnsky. Cenu získali obaja. Komisia ponechala rozhodnutie o tom, kto má pravdu, na budúce generácie. A bolo to správne rozhodnutie.
Obaja aktéri postavili svoje teórie na statických obrázkoch histologických rezov mozgu. Ich hypotézy však mali dynamický charakter. Museli sa spoľahnúť na svoje vizionárske schopnosti. Golgi bol presvedčený, že nervové bunky medzi sebou komunikujú prostredníctvom tunelovej pošty. Rovnako ako ľudské cievy. Cajal to vehementne odmietal. Všimol si, že kontakty medzi bunkami nie sú pevné. Predpokladal, že je medzi nimi štrbina.
Ale ako môžu bunky „chatovať“, keď nie sú vzájomne prepojené? Vysvetlenie prišlo o niekoľko rokov neskôr. Vedci objavili synapsie a chemickú komunikáciu medzi nervovými bunkami.
Cajal je víťazom
Každý ďalší objav potvrdzoval, že Cajal bol génius. Nervový systém potrebuje dynamický komponent. Nervový vzruch má fyzikálnu podobu, ale prenos informácie je chemická záležitosť. Drobné molekuly plávajú z jedného prístavu do druhého a nesú posolstvo. Jednoduché a zložité zároveň.
Chemické látky – neuroprenášače majú rozmanitú podobu. Líšia sa nielen štruktúrou, ale aj funkciou. Fungujú v mozgu, rovnako ako na periférii. Niektoré prenášajú „aktívnu“ informáciu, iné vyzývajú bunky, aby zvoľnili tempo. Nervové prenášače sú atraktívnym cieľom pre liečbu rozmanitých ochorení. Mnoho známych liekov v domácej lekárni ovplyvňuje jednu alebo viaceré chemické zložky nervovej komunikácie. Zakázané drogy napodobňujú prenášače, alebo ovplyvňujú ich aktivitu.
Moderné neurovedy sú postavené na odkaze Ramóna y Cajala. Jeho ilustrované knihy dodnes fascinujú vedcov po celom svete. A kde zostala Golgiho teória? Na prekvapenie všetkých sa po celom storočí opäť vrátila na scénu.
Matrix nervový
Ani Cajal a ani Golgi netušili, že ľudský mozog ovládajú siete. Nie je to ani internet ani káblová televízia. Sú to komunikačné siete, ktoré realizujú jednotlivé aktivity. Každá sieť je špecializovaná. Spája špecifické typy nervových buniek a vybrané oblasti ľudského mozgu.
Nervový matrix dokážeme sledovať priamo v akcii. Využívame funkčné zobrazovacie techniky. Vidíme, ako sa jednotlivé oblasti mozgu prebúdzajú k životu počas realizácie vybranej úlohy. Dokážeme vytvárať mapy funkčných sietí podobne ako ranonovovekí moreplavci kreslili mapu sveta.
Matrix je zároveň zraniteľným miestom ľudského mozgu. Poškodené bielkoviny ho používajú na putovanie z jednej mozgovej oblasti do druhej. Šírenie zlých bielkovín je charakteristickým znakom Alzheimerovej ako aj Parkinsonovej choroby. Neurodegeneračné ochorenia majú svoj začiatok a následne sa šíria prostredníctvom sietí a postupne devastujú mozog.
Matrix podporných buniek
Nervové bunky ani zďaleka netvoria väčšinu obyvateľov ľudského mozgu. Pokiaľ ide o početnosť, jednoznačne víťazia podporné bunky. Majú 10-násobne väčšie zastúpenie a sú doslova natlačené v tesnej blízkosti nervových buniek. A preto si mnohí ľudia myslia, že využívame iba 10% kapacity mozgu. Čo, pochopiteľne, nie je pravda.
Medzi podpornými bunkami sú najpočetnejšie astrocyty. Nádherne rozvetvené bunky pripomínajúce hviezdy na nebi z rozprávkového večerníčka. Majú rozmanité funkcie. Podieľajú sa na metabolickej podpore nervových buniek. Plátajú diery vznikajúce pri poškodení mozgu. Ale sú aj súčasťou lokálnej imunitnej armády.
Najnovšie vedecké štúdie však prinášajú nový pohľad na ich fungovanie. Podobne ako nervové bunky vytvárajú rozsiahle siete naprieč mozgom. A rovnako ako neuróny využívajú chemickú komunikáciu na rýchle šírenie správ. Siete astrocytov a nervových buniek sa však neprekrývajú.
Objavenie astrocytových sietí môže vysvetliť zvláštny fenomén. Existujú neurodegeneračné ochorenia, napr. progresívna supranukleárna obrna, kde poškodené bielkoviny selektívne atakujú astrocyty. Aj v prípade tohto ochorenia dochádza k šíreniu chybných bielkovín. Ale transportná sieť je nezávislá od nervového matrixu.
Možno mal Golgi pravdu
A do spletitého príbehu dvoch matrixov vstupuje nový fenomén. A ten sa už nápadne približuje ku Golgiho teórii o tunelových spojeniach medzi mozgovými bunkami. Vedci postupne odhaľujú, že jednotlivé bunky môžu medzi sebou vytvárať tunely. Tento fenomén je známy u nádorových buniek.
Práve rakovina využíva sofistikované tunelové spojenia na efektívne tunelovanie okolitých buniek. Na jednej strane sa zbavuje poškodených mitochondrií – bunkové elektrárne. Na druhej strane doslova nasáva funkčné mitochondrie z nervových výbežkov, aby si zabezpečili dostatok energie na dlhé cesty.
Podobné tunely nachádzame aj v mozgu, hoci v menšej miere. Ale výskum je stále v plienkach. Predpokladáme, že by mohli slúžiť na prepravu metabolitov, bielkovín a zdrojov energie. Obchod s energetickými zdrojmi prekvitá vo všetkých oblastiach ľudského tela. Prečo by mal byť mozog znevýhodnený?
Niektorí odborníci upozorňujú, že je to vhodný nástroj na záchranu nervových buniek zasiahnutých neurodegeneráciou. Na jednej strane môže tunelová pošta dopravovať do poškodených buniek mitochondrie. V opačnom smere môžu byť transportované poškodené bielkoviny do buniek lokálneho imunitného systému.
Siete medzi bunkami
Aby toho nebolo málo, príroda pre nás pripravila ešte jednu porciu matrixu. Nielen bunky vytvárajú siete, ale aj medzibunkové prostredie má podobu pavučín. Niektoré neuróny sú uväznené v pevných sieťkach, iné sú uložené voľne v medzibunkovom matrixe.
Súčasťou tejto monumentálnej siete je kyselina hyaluronová a kolagén, velikáni ozdobnej chirurgie. Počas starnutia sa extrabunková sieť stáva kompaktnejšia. Hromadia sa v nej odpadky bielkovinovej výroby a metabolity. Vzniká lokálna environmentálna katastrofa, ktorá môže viesť ku vzniku neurodegeneračných ochorení.
Počas nášho života je medzibunková sieť nádherne dynamická. Vzniká a zároveň zaniká. Reaguje na dianie a chráni bunky pred poškodením. Moduluje správanie buniek lokálneho imunitného systému a je prirodzenou súčasťou synaptických dišpút. Komplexnosť mozgu nás neprestáva prekvapovať.
Slnko v sieti
Naša myseľ je ako slnko v sieti. Ukotvená v biologickom matrixe. A nie v jednom, ale hneď v niekoľkých. Siete sú základom rýchlej komunikácie v systémoch, ktoré sú priveľmi zložité. A mozog reprezentuje rozsiahle spoločenstvo buniek hovoriacich jedným chemickým jazykom.
Mozgová podoba www má niekoľko úrovní. Zatiaľ netušíme, ako medzi sebou jednotlivé siete komunikujú. Dokážeme nahliadnuť iba do ich lokálnych uzlov. Podobá sa to na sieť hlavných ciest, železničných tratí, lokálnych komunikácií v rámci miest či obcí. A k tomu ešte kanalizačné siete, plynovody a elektrické káble. Mozog je vlastne dobre fungujúca krajina bez hlavného mesta. Jednotlivé regióny majú spoločné priority a zároveň sú v niečom výnimočné. Všetko je harmonické aj napriek tomu, že to nemá jednotné velenie. Neexistuje centrálny mozog uložený v samotnom epicentre mozgu.
Zjednodušene môžeme povedať, že ľudská myseľ pracuje v matrixovom nastavení. Siete sú zároveň Achilovou pätou mozgovej štruktúry. Časom dochádza k ich opotrebovaniu. Výsledkom je akcelerované starnutie mozgu. Demencia. Neurodegeneračné ochorenia. Keanu Reeves sa mýlil. Nežijeme v imaginárnom matrixovom svete, ale matrix je našou súčasťou.
doc. MVDr. Norbert Žilka, DrSc., akademik Učenej spoločnosti Slovenska
- riaditeľ Neuroimunologického ústavu SAV
- vedecký riaditeľ biotechnologickej firmy AXON Neuroscience
- zakladateľ prvej slovenskej mozgovej banky
- spoluautor prvej vakcíny proti tau proteínu, ktorá je určená na liečbu Alzheimerovej choroby
- http://www.niu.sav.sk/research-groups/integrated-neuromics/
- https://www.axon-neuroscience.eu/