V človeški neokorteksu je redka vrsta nevrona, ki je odsoten v šimpanzah in gorilih • Alexander Markov • Znanstvene novice o "Elementih" • Neurobiologija, evolucija, genetika

V človeškem neokorteksu obstaja redka vrsta nevronov, ki je odsoten pri šimpanzih in gorilih.

Sl. 1. Človeški možgani so zelo različni od možganov drugih opic v velikosti, vendar ne v anatomiji. Diagram iz A. M. M. Sousa et al., 2017. Evolucija funkcije, strukture in razvoja človeškega živčnega sistema

Poskusi razumeti, kako se človeški možgani razlikujejo od možganskih možganov, se dogajajo stoletja in pol, vendar doslej ni bilo veliko resnih razlik, razen velikosti. Primerjava celotnih transkriptom 16 odsekov možganov pri ljudeh, šimpanzah in makakih je razkrila mnoge gene, katerih aktivnost se je v človeški evolucijski liniji močno spremenila. Ob poti se je izkazalo, da v človeškem neokorteksu obstaja redka vrsta dopaminskega nevrona, ki je odsoten pri šimpanzah in gorilih, čeprav imajo naši bolj oddaljeni sorodniki, orangutani in nehumani opice takšni nevroni v skorji. Dobljeni podatki bodo pomembno orodje pri iskanju vzrokov človeške posebnosti.

Čeprav se ljudje očitno razlikujejo od drugih primatov v vedenju in kognitivnih sposobnostih, vprašanje, kakšne lastnosti možganov so te razlike povzročile, še zdaleč ni razrešeno. Jasno je, da so naši možgani večji od tistih drugih opic (slika 1), v neokorteksu pa imamo več nevronov. Toda to najverjetneje ni dovolj, da bi razložili edinstvene lastnosti našega uma.Pozitivne korelacije, ki so bile izmerjene med velikostjo možganov, številom nevronov in kognitivnimi sposobnostmi pri primatih in drugih sesalcih, niso tako preproste in enostavne, da zmanjšujejo naše kognitivne funkcije izključno na možgansko maso ali število nevronov v korteksu.

Že več kot stoletje in pol – začenši s pojavom Darwinianovega "Porekla vrst" – znanstveniki poskušajo najti v človeških možganih vsaj nekatere edinstvene značilnosti, razen velikosti. Na začetku je bilo to vprašanje preveč poudarjeno, zato je bila razprava zelo vroča (glej vprašanje Velikega Hipokampusa). Darvinovi nasprotniki so menili, da bi prisotnost anatomskih detajlov v človeških možganih pri opicah dokazala neodvisno ustvarjanje vrst in nedoslednost darvinistične teorije. Richard Owen, eden najbolj uglednih anti-darvinistov, je trdil, da je taka edinstvena detajlna "majhen hipokampus" (hipokampus mladoletnik), zdaj znan kot "bird spur" (calcar avis) – izboklina na medialni steni zadnjega roga lateralnega ventrikla. Toda Darwinisti so lahko pokazali, da "majhen hipokampus" in druge možganske strukture, ki jih je odkril Owen, domnevno edinstven za ljudi, tudi obstajajo v opicah.Ta glasna razprava je prispevala k naraščajoči popularnosti darvinistične teorije, čeprav danes ni enostavno razumeti logike takratnih znanstvenikov, ki so menili, da bi prisotnost ali odsotnost navadnega izbokline na steni možganskega ventrikla lahko bila argument za ali proti evolucijskemu izvoru vrste. Vsaka vrsta ima nekaj edinstvenih lastnosti, sicer se ne bi obravnavala kot ločena vrsta. Vendar nekateri kreacionisti še vedno verjamejo, da je duša v možganskih prekatih.

V preteklih stoletjih in pol ni bilo nobenih resnih anatomskih razlik med človeškim možganom in šimpanzi. Tudi specifični deleži delcev človeškega neokorteksa ne presegajo spremenljivosti, ki je značilna za primate. Res je, da so obstajale druge, bolj subtilne razlike, ki vplivajo na strukturo povezav med oddelki (na primer med "govornimi" območji skorje), pa tudi podrobnosti strukture nevronov (na primer, piramidni nevroni kortexa pri ljudeh so nekoliko večji in imajo širši sistem dendritovonajvečje število dendritičnih bobnov). Poleg tega je več študij pokazalo, da se pri ljudeh in drugih primatih ravni izražanja nekaterih genov v možganih razlikujejo.Vse te razlike, pa tudi razpoložljive podatke o njihovi genetski osnovi in ​​funkcionalni vlogi, so obravnavane v preglednem članku, ki je bil nedavno objavljen v reviji Celica (A. M. M. Sousa et al., 2017. Evolucija funkcije, strukture in razvoja človeškega živčnega sistema).

V zadnji številki revije Znanost velika mednarodna ekipa biologov (ki vključuje avtorje pregledov v Celica) so poročali o rezultatih obsežne študije transcriptomov 16 odsekov možganov odraslih, šimpanzov in rhesus opic. Dobljeni podatki so nam omogočili razširitev in razjasnitev idej o tem, kako so se možgani spremenili v človeški evolucijski liniji.

Avtorji so izmerili ravni ekspresije proteinov, ki kodirajo proteine, in nekodirajočo RNA v 247 vzorcih možganskih tkiv pri šestih ljudeh, petih šimpanah in petih makakih. Vzorce so vzeli iz hipokampusa, amigdale, striatuma, medalje, hrbtnega jedra talamusa, možganskega skorja in 11 delov neokorteksa.

Izkazalo se je, da se stopnje izražanja v 25,9% messenger RNA (6866 od 26.514) in 40.6% miRNA (603 od 1485) bistveno razlikujejo (vsaj v eni možganski regiji v enem paru vrst). Pri ljudeh je izražanje 11,9% mRNA in 13,6% miRNA znatno povečalo ali zmanjšalo v primerjavi z obema opicah v vsaj enem delu možganov.Predvsem se profil človeškega izražanja razlikuje od opice v striatumu, talamu, primarnega vida in dorsolateralne predfrontalne skorje (slika 2). Posebne spremembe v izražanju mRNA (proteinov, ki kodirajo geni), z redkimi izjemami, so omejene samo na določene dele možganov (in ne vse naenkrat). Nasprotno, med različno izraženimi miRNAs obstaja veliko takih, katerih izražanje pri ljudeh se poveča ali zmanjša v vseh ali več oddelkih hkrati. Hkrati miRNA geni s svetovno povečanim izražanjem pri ljudeh so trikrat večji kot pri zmanjšanih (155 v primerjavi s 47).

Sl. 2 Diferencialna ekspresija genov v človeških možganih (H, šimpanzi (S) in rhesus opica (M). V zgornji sliki velikosti kroga odražajo število proteinov, ki kodirajo gene s posebno stopnjo izražanja: H = C = M – med vrstami ni pomembnih razlik H> C = M – pri ljudeh je izražanje večje kot pri šimpanzah in makakih itd. Na spodnji sliki prikazani so primeri diferencialno izraženih genov; velikosti kroga pokazati, kolikokrat je stopnja izražanja pri ljudeh višja (roza in rdeča kroga) ali nižje (modra in modra) kot šimpanze in makake; vrči s črnim izrezom ustrezajo pomembnim razlikam. dele možganov: MFC – medialni čelnega korteksa, OFC – orbito-čelnega korteksa, DFC – dorsolateral čelnega korteksa, VFC – Actinolateral čelnega korteksa, M1C – primarni motorja korteks, S1C – primarna somatosensory korteks, IPC – zadnje spodnje območje parietalnih korteks, A1C – primarna zvočna korteks, STC – boljša časovna korteks, ITC – slabše časovna korteks, V1C – primarni vizualni korteks, HIP – hipokampus Amy – amigdala, STR – striatum, MD – mediodorzalnoe jedro talamusu, CBC – lupina v malih možganih. Slika iz obravnavanega članka v Znanost

Mnogi geni, katerih spremembo izraza pri ljudeh v primerjavi s šimpanzov in opicah, so povezane s prenosom signalov z uporabo nevrotransmiterjev acetilholina, serotonin in dopamin. Na primer, v striatumu pri ljudeh zmanjšal ekspresijo treh od petih vrst dopaminskih receptorjev (DRD1, DRD2, DRD3). Ti imajo mediatorji modulirajo (gl. Neuromodulation) vpliva na nevronov v možganih in igrajo pomembno vlogo pri učenju, racionalno dejavnost, in čustveno regulacijo vedenja. V nasprotju s tem, izražanje genov profili povezani z glavnim "gonilna sila" možganov – so bili podobni v vseh treh vrstah – ekscitatornih nevrotransmiterjev glutamata in inhibitorni nevrotransmiter GABA.Nukleotidne sekvence teh genov so tudi zelo konzervirane v primatih.

Avtorji so posebno pozornost namenili genom, povezanim z biosintezo dopamina: TH (tirozin hidroksilaza) in DDC (dof-dekarboksilaza). Izraz TH in DDC se dramatično povečal pri človeku v striatumu v primerjavi s šimpanzi in makakami (H> C = M). Hkrati pa v neokorteksu v ekspresiji šimpanzov TH nižji kot pri makakih in ljudeh (C<>

Zainteresirani za to nenavadno sliko so avtorji pregledali vzorce možganskega tkiva šestih drugih vrst opic: bonobos, zahodne gorile, Kalimantan orangutans, anubis baboon, prašičji maček in kapucin-faun.

Razlike v izražanju TH, kot se je izkazalo, povezano s številom interkalijskih nevronov, ki izražajo TH (Th+). Pri ljudeh v dveh delih striatuma (v caudatnem jedru in lupini) TH nevronov+ se je izkazalo za veliko večje od vseh drugih opic. V neokorteksu, TH nevroni+ naši bližnji sorodniki so popolnoma odsotni – veliki afriški opic (šimpanzi, bonobosi in gorili), vendar obstajajo pri ljudeh, orangutah in vseh nehumanih opicah (slika 3).

Sl. 3 V človeškem in makakovem neokorteksu so nevroni, ki tvorijo dopamin.+ (prikazano črne puščice). V neokorteksu šimpanzov takih nevronov ni, vendar obstajajo le aksi dopaminskih nevronov (bele puščice), ki prihajajo od srednjega možgana. Slika iz članka v razpravi Znanost

O prisotnosti nekaj TH nevronov v človeškem neokorteksu+ znano je prej, toda avtorji so jim uspeli izvedeti nove podrobnosti. Sodeč po setu izraženih genov, TH nevronov+ki se nahaja v neokorteksu, lahko sintetizira GABA. Vendar pa mnogi (več kot 60%) izražajo tudi DDC (encim, potreben za sintezo dopamina), vendar ne proizvajajo encima, ki pretvori dopamin v norepinephrine. Dodatni poskusi celične kulture so potrdili, da ti nevroni tvorijo dopamin. Pregled vzorcev človeškega možganskega tkiva na različnih stopnjah razvoja je pokazal, da TH kortikalni interkalarni nevroni+ tvorijo v ganglionskih tuberkulah in začnejo migrirati v striatum in neokortex malo pred ali kmalu po rojstvu. V šimpanzah in gorilcih očitno ne pridejo do neokorteksa.

Najverjetneje, na začetku v opicah interkalarne nevroni TH+ so bili prisotni v majhni količini v striatumu in v neokorteksu. V skupnem predniku velikih afriških opic so izginili iz neokorteksa (ali morda nevroni sami niso izginili, vendar so prenehali izražati TH – in s tem sintetizirali dopamin). Končno sta se predniki človeka po ločitvi pred predniki šimpanzov pojavili dve spremembi: najprej je bila obnovljena prisotnost TH nevronov+ v neokorteksu, drugič, njihovo število v striatumu se je dramatično povečalo.

Ker dopaminski sistem prizadene številne vidike naše psihike (vključno s spominom, inteligenco, učenjem in motivacijo), lahko te evolucijske spremembe neposredno vplivajo na naravo človeške posebnosti. Ali je to – pokaži nadaljnje raziskave. Danes je znano, da je število TH nevronov+ v neokorteksu je zmanjšana pri Parkinsonovi bolezni in demenci z Lewyjevimi telesi (W. Marui et al., 2003 Degeneracija tirozin-hidroksilazno-imunoreaktivnih nevronov v možganski skorji in hipokampusu). Torej je povsem možno, da so ti nevroni resnično pomembni za normalno delovanje človeškega uma.

Seveda se pomembnost obravnavanega dela ne more zmanjšati na dešifriranje evolucijske zgodovine interkalernih TH nevronov.+ (čeprav imajo v članku veliko prostora). Avtorji so dobili impresiven seznam genov, katerih aktivnost v nekaterih delih možganov se je pri ljudeh znatno spremenila v primerjavi z drugimi opicami. Najverjetneje je veliko teh genov vplivalo na oblikovanje naših edinstvenih značilnosti. Razumevanje skladno z elementi seznama bo veliko zanimivih stvari, saj so avtorji pokazali z uporabo TH nevronov.+.

Vir: André MM Sousa, Ying Žu, 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. Molekularna in celična reorganizacija nevronskih vezij v človeški liniji // Znanost. 2017. V. 358. P. 1027-1032. DOI: 10.1126 / science.aan3456.

Glej tudi:
Ali bodo genetske osnove uma dešifrirane? Elementi, 09.10.2006.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: