На днях в Nature была опубликована касательно того, что во взрослом мозге людей нет никакого .
, доцент департамента психологии Университета Британской Колумбии, работающий в области поведенческой нейронауки, уже прокомментировал столь волнующую статью.
Приводим перевод его эссе.
Я написал для Nature News и Views, но, поскольку у них очень строгие ограничения на объем, я подумал, что стоило бы написать несколько больше, ведь эта работа наверняка всех взбудоражит. И под этим я подразумеваю страх и тревогу, потому что конечной целью исследования нейрогенеза является понимание того, как новые нейроны могут использоваться во имя человеческого благополучия. И если у нас нейрогенеза нет, как же нам его использовать? Поэтому это исследование не столько бросает нам вызов, сколько помогает оптимизировать наши собственные исследовательские вопросы.
РЕЗЮМЕ
Вкратце, Сорреллс вместе с коллегами проанализировал посмертные образцы , начиная детьми, заканчивая стариками. Они использовали , чтобы найти стволовые клетки, делящиеся клетки и незрелые нейроны. При этом обнаружилось, что множество доказательств нейрогенеза есть у эмбрионов, значительно меньше у годовалых детей и совсем нет, начиная с 13 лет. Это крайне не состыкуется со многими предыдущими исследованиями, сообщавшими о нейрогенезе в течение всей человеческой жизни. Чем же так подкупает именно эта статья, опровергающая все предыдущие?
1. Отличное качество гистологии, что критично для интерпретации любого исследования, тем более на людях.
2. Использование молодых образцов — несравненный плюс, доказывающий, что одними и теми же методами можно идентифицировать нейрогенез и у детей, и у взрослых.
3. Решение определять незрелые клетки одновременно двумя маркерами, используемыми в исследованиях на животных: и . Это делает исследование более строгим, чем обычно. Но это необходимость, поскольку любой одиночный маркер может быть недостаточно специфичным (например, метить зрелые нейроны или ). Здесь же, однако, кроется и проблема такого двойного мечения — например, незрелые нейроны, экспрессирующие только один из двух маркеров, будут пропущены.
4. Учитывание видоспецифичности (между вдоль и поперек изученными животными и малопонятными людьми) и методологической разницы между исследованиями. Очевидно, что требуется больше исследований, дабы уладить полученные отрицательные результаты с предыдущими положительными.
5. Предложен ряд направлений для будущих исследований: более точное сравнение между грызунами и более долгоживущими животными; вероятность, что нейрогенез более уместен на ранних стадиях развития; разработка нейрогенных стратегий для восстановления поврежденного мозга…
КОНТЕКСТ
Нейрогенез во взрослом мозге — потрясающий пример того, как наука движется вперед (а потом назад, а потом снова вперед с большей отдачей, если вы достаточно терпеливы).
Одновременно с этим есть ряд статей, которые освещают прогресс в этой области, возникающие споры и проблемы.
. Исторический обзор факторов, ведущих к устойчивости и периодической смерти идеи о том, что взрослый мозг не может продуцировать новые нейроны.
. Майкл Каплан обсуждает свои ранние эксперименты по взрослому нейрогенезу и противостояние, которое привело его к смене карьеры.
. Паско Ракич утверждает, что нахождение нейрогенеза в неокортексе методологически ошибочно.
. Элизабет Гулд проверяет методы гистологии и микроскопии, связанные с обнаружением новых нейронов, в том числе те критерии анализа изображений, которые приводят ученых к тем или иным выводам. Туда же включается нейрогенез в гиппокампе и споры, связанные с видом (люди и приматы) и областью мозга (например, неокортекс).
. Если люди ищут пирамидные нейроны, они могут пропустить интернейроны.
. Джозеф Альтман открыл взрослый нейрогенез в 60-х и размышляет на тему последовавшей экзальтации и ее результатах.
- Есть ли нейрогенез во взрослом мозге? Нет, да, нет, да, да, нет, да, да, да, ДА!
- Есть ли нейрогенез во взрослом мозге у приматов? Нет, нет, да, возможно, да, да, ДА!
- Встречается ли нейрогенез в неокортексе? Да быть не может, да, да, точно нет, Джо, да, СМОТРЯ КОГО ВЫ СПРАШИВАЕТЕ
- Есть ли нейрогенез во взрослом мозге у людей? Да, да, да, нет, ПОГОДИ-КА, ЧТО ЗА ФИГНЯ, ТЫ СКАЗАЛ «НЕТ»???
Итак, многое до сих пор до смешного непонятно, даже учитывая недавние . Но с нейрогенезом мы зачастую не можем однозначно согласиться из-за различных интепретаций нейроанатомических и иммуногистохимических снимков.
Вопрос с людьми остается крайне актуальным, потому что мы знаем, что у грызунов нейрогенез в гиппокампе играет важную роль в физиологии и поведении. Есть множество доказательств существования нейрогенеза во взрослом мозге у людей. Но исследования на людях — настоящее испытание для ученых. Образцы тканей редки; невозможно проконтролировать их подготовку и сохранность; добровольцы могут быть больными; гистологические техники, так красиво работающие на животных, на людях могут работать совсем иначе; все мозги столь сильно различаются, что вы можете даже не знать, что искать, и так далее. Но это не должно останавливать (скорее, это наоборот должно мотивировать решить эту задачку). Еще в 2011 году я составил список . Пионерами в этой области были , нашедшими + клетки у раковых больных. и использовали эндогенные маркеры незрелых нейронов (вроде DCX) для выявления нейрогенеза. Наконец, подошел к задаче определения количественного нейрогенеза во взрослом человеческом мозге творчески и использовал . Конечно, по-отдельности ни одно из этих исследований не убеждает нас в существовании нейрогенеза у взрослых людей, но все вместе они звучат довольно убедительно. Они и меня убедили. И хотя результаты Соррела заставляют понервничать, они не могут не могут полностью перечеркнуть все прошлые убедительные работы.
ДВИЖЕМСЯ ДАЛЬШЕ
Нужно больше исследований нейрогенеза на людях
Чем больше данных у нас будет, тем очевиднее станет истина. Но вдобавок к большому количеству исследований нам нужны исследования более качественные, более известные, более объективные и прозрачные. Исследование группы Соррелла достаточно качественное, потому что иммуногистохимия ясна, имеется большая выборка, которая включает молодые образцы в качестве положительного контроля, есть все типы изображений, начиная от гиппокампа в целом, заканчивая отдельными клетками. Ничего не расстраивает больше, чем читать интересное исследование и видеть изображения с низким разрешением, плохо прокрашенные, слишком “репрезентативные” или увеличенные, чтобы иметь возможность сформировать представление, как вообще выглядит ткань. Исследованиям на людях можно немного дать слабину, но Сорреллс наоборот поднимает эту планку.
Я бы сделал еще один шаг вперед и советовал использовать в будущих исследованиях на людях или приматах (или ком-нибудь еще) еще больше изображений. Почему бы не размещать изображения всех образцов, всех гиппокампов и других областей мозга? Конечно, они не будут вписываться в формат стандартной рецензируемой статьи, но идет 2018 год, и нам больше не надо ограничиваться 7-страничным pdf. Возможно, это было проблемой в прошлом: ограничение изображений и данных, которые исследовательская команда может разместить и использовать для каких-либо выводов. В приведенных выше статьях описано, как исследователям приходилось посещать другие лаборатории, чтобы ознакомиться с данными коллег. Сегодня же мы можем легко делать это онлайн.
Сорреллс заявляет, что DCX может маркировать глию, PSA-NCAM может маркировать зрелые клетки, а BrdU-окрашивание можно наблюдать даже без антител. Об этом важно помнить, но, если вы читали статьи выше, вы поймете, что это давно известные проблемы. Таким образом, маловероятно, что в работе Сорреллса есть ложноположительные результаты. Однако вполне могут быть ложноотрицательные, поскольку некоторые только DCX+ или только PSA-NCAM-клетки могут быть искомыми зрелыми нейронами, поскольку один маркер может, как пример, подавлять другой. Однако и предыдущие исследования использовали DCX как маркер гиппокампального нейрогенеза во взрослом мозге человека. Например, изображения исследовательской группы Эппа — одни из самых красивых, что мне вообще доводилось видеть. Они несколько странноватые? Конечно, может быть. Однако никто никогда не описывал морфологию новорожденных нейронов гиппокампа человека, так что я не знаю, что является “нормальным”. Может, их DCX+ нейроны в хилусе чуть больше, чем я мог бы ожидать из статей про грызунов? Возможно, но опять же, может быть, если у взрослых людей есть эта герминальная зона нейрогенеза, то она могла бы выглядеть как-то иначе, чем у грызунов? человека исследовали эту область, большая часть которой находится в молекулярном слое и хилусе. Где же истина? Понятия не имею.
Микрофотография Эппа гранулярного слоя (а) c увеличенным изображением ( b) NeuN (красный), контрастированный DAPI (синий)
Стоит отметить, что детекция DCX и PSA-NCAM колеблется в зависимости от личного опыта. И, вероятно, обследованные люди могли иметь некий “личный опыт” перед тем, как у них были взяты образцы. Например, DCX исчезает у летучих мышей в течение 30 минут после поимки (якобы из-за стресса, по утверждению авторов статьи). Посмертное промедление исследователей приводит к быстрому исчезновению DCX+ дендритов, что может привести к ложноотрицательным результатам. PSA-NCAM в зубчатой извилине тоже может увеличиваться (или уменьшаться) независимо от нейрогенеза во взрослом мозге. Но, говорите вы, ведь данные Сорреллса показали, что деление клеток происходит у младенцев, но не у взрослых, верно? Да, более старые ткани сложнее окрашиваются, а младенцы меньше переживают, так что… Я поднимаю все эти вопросы не для того, чтобы очернить работу Сорреллса, ведь она просто блестящая. А потому, что мы уже проходили через все эти двусмысленности и преждевременные выводы ранее (опять же, прочитайте статьи выше). Мы все еще учимся.
Нам нужно больше исследований нейрогенеза на приматах (и на других более долгоживущих видах, и на других моделях)
Михаил Ярцев в сокрушался, что наши знания о человеческом мозге ограничены, потому что мы без конца изучаем мышей да крыс. Грызуны — всего лишь одна из моделей, она не может моделировать все. Несколько лет назад я составил полный , потому что они лучше могут объяснить развитие нашей собственной нервной системы. Люди изучали приматов в прошлом и не могли найти доказательства нейрогенеза во взрослом мозге, но сейчас это все переосмыслено. Однако степень переосмысления неясна. Соррелл тоже изучал на приматов и тоже пришел к выводу, что нейрогенез у них может сохраняться в течение всей взрослой жизни (в отличие от людей), но в меньшей степени, чем у грызунов. Так, он выяснил, что после введения BrdU двум семилетним макакам через 10 и 15 недель у них появляется 0 и 2 новых нейрона соответственно. Однако Гулд обнаружил, что популяция новорожденных нейронов приматов недолговечна и сокращается между 5 и 9 неделями, то есть они могли уже исчезнуть ко времени, когда Сорреллс решил их детектировать. Тем не менее, Кохлер через 11 и 23 недели обнаружили 1000 новорожденных BrdU+ клеток , из которых сотни экспрессировали нейрональные маркеры, и эти клетки родились у относительно старых обезьян (это было установлено благодаря использованию различных методик BrdU-мечения). Так что даже в контролируемой модели приматов существует множество расхождений, и остается неясным, сколько же нейронов образуется во взрослом мозге. Большее количество исследований может дать некоторое представление о процессах, происходящих в наших собственных мозгах.
Исследовательская группа Ирмгард Амрейн — немногие, кто исследует сравнительную анатомию гиппокампа млекопитающих. Их методы могут быть полезны для сопоставления данных по видам, например, они , что у млекопитающих уровень пролиферации в зубчатой извилине коррелирует с абсолютным возрастом.
Изменение функций нейрогенеза на протяжении всей жизни
Нейрогенез во взрослом мозге обычно изучается на грызунах, но грызуны рождаются с недоразвитым мозгом по сравнению с людьми. У нас зубчатая извилина почти полностью сформирована при рождении, однако у крыс пик нейрогенеза составляет примерно 5–7 дней. Считается, что мозг человека при рождении примерно эквивалентен около 1–2 неделям развития грызунов. Поскольку нейрогенез во взрослом мозге обычно изучается на 8-недельных грызунах, а функциональные исследования зачастую блокируют или изменяют нейрогенез, когда грызунам около 4–5 недель (потому что, манипулируя большим числом новых нейронов, вы с большой вероятностью обнаружите функциональные эффекты), это в основном дети/подростки, то есть они не слишком отличаются от людей, у которых Сорреллс обнаружил незрелые нейроны. Сорреллс сообщает, что незрелые нейроны у детей, вероятно, родились годами ранее, тогда как у грызунов новые нейроны продолжают образовываться во взрослом возрасте (хотя и в значительно меньшем объеме). Но в целом основная часть “взрослого” нейрогенеза у грызунов происходит действительно в довольно раннем постнатальном периоде и может быть приравнена к гиппокампальному нейрогенезу в детстве.
могут помочь в сравнительном анализе нейронального развития людей и животных моделях.
Важный фактор, который стоит учитывать — время, в течение которого созревают новые нейроны. Работы на и показывают, что новые нейроны созревают значительно медленнее у более долгоживущих (в годах) млекопитающих, чем у грызунов. Если мы экстраполируем исследования на людей, детский (или даже пренатальный) нейрогенез, вероятно, создает популяции новых нейронов, остающимися пластичными и уникально вовлеченными в обучение и поведение в течение подросткового возраста или даже позже. Даже у крыс , что четырехмесячные взрослые нейроны остаются морфологически пластичными, что ставит новый вопрос о том, когда заканчивается их критический период и заканчивается ли вообще. Мы только сейчас начинаем понимать удивительную связанность молодых нейронов у грызунов. Например, они растут через латеральную, но не медиальную энториальную кору, что означает, что они выполняют совершенно иные функции, нежели более старые зубчатой извилины.
Становятся ли вообще хоть когда-нибудь “зрелые” клетки анатомически и физиологически эквивалентны молодым клеткам? Или это функционально разные группы нейронов, рожденные на разных этапах индивидуального развития? В общем, если результаты Сорроллса подтвердятся, новые нейроны, появившиеся у людей в детстве, могут поддерживать пластичность в течение многих лет и иметь уникальные функции для всей жизни. Изучая такие окна пластичности и функциональные цепи у грызунов (даже у взрослых), мы можем размышлять о влиянии и функциях нейронов, рожденных в детстве, у людей. Еще лучше, если мы сможем начать идентифицировать функциональные свойства или делать что-то большее, чем просто давать иммуногистохимическую характеристику у людей и филогенетически связанных животных моделях.
Возможно, нейрогенез заканчивается в детстве. Но даже если это не так, я не думаю, что кто-то полагает, что мы внезапно начинаем продуцировать новые нейроны в старости. Долгое время предпринимались попытки разобраться в стволовых клетках и их возможном использовании в пожилом возрасте, и работа Соррелла только подчеркнула важность поиска регенеративных методов лечения. Взгляните на все технологические достижения в области нейронаук (опять же, возвращаясь к лазерам). Считаем ли мы, что однажды мы сможем выяснить, как обмануть мозг в производстве новых нейронов, или эффективно трансплантировать их или их предшественников? Но для этого нам необходимо продолжать изучать мозг животных, чтобы узнать, как достичь таких высот…
P.S. Следует упомянуть, что другие исследователи, исследовавшие нейрогенез на людях, в 2016 году, пришли к аналогичным выводам, что и Сорреллс.
Комментарии (0)