Request free mailed brochure
Introduction
the Architecture of the Neuron
Birth
Migration
Differentation
Death
Hope Through Research
Introduction
viime aikoihin asti useimmat neurotieteilijät ajattelivat, että meillä oli syntyessämme kaikki ne neuronit, jotka meillä koskaan tulisi olemaan. Lapsina saatamme tuottaa joitakin uusia hermosoluja, jotka auttavat rakentamaan hermopiirejä, jotka toimivat tiedon valtaväylinä aivojen eri alueiden välillä. Mutta tiedemiehet uskoivat, että kun hermopiiri olisi paikallaan, uusien neuronien lisääminen häiritsisi tiedonkulkua ja lamauttaisi aivojen viestintäjärjestelmän.
vuonna 1962 tiedemies Joseph Altman kyseenalaisti tämän uskomuksen, kun hän näki todisteita neurogeneesistä (neuronien syntymisestä) aikuisen rotan aivojen alueella, jota kutsutaan hippokampukseksi. Hän kertoi myöhemmin, että vastasyntyneet hermosolut siirtyivät syntymäpaikastaan hippokampuksesta aivojen muihin osiin. Vuonna 1979 toinen tutkija Michael Kaplan vahvisti Altmanin löydökset rotan aivoissa, ja vuonna 1983 hän löysi aikuisen apinan etuaivoista neuraalisia esiastesoluja.
nämä löydöt neurogeneesistä aikuisten aivoissa yllättivät muut tutkijat, jotka eivät uskoneet niiden voivan olla totta ihmisillä. Mutta 1980-luvun alussa eräs tutkija, joka yritti ymmärtää, miten linnut oppivat laulamaan, ehdotti, että neurotieteilijät tarkastelisivat uudelleen neurogeneesiä aikuisten aivoissa ja alkaisivat nähdä, miten siinä voisi olla järkeä. Fernando Nottebohm tutkimusryhmineen osoitti koesarjassa, että Kanariansaarten urosten eturaajojen hermosolujen määrä lisääntyi dramaattisesti parittelukauden aikana. Samaan aikaan lintujen piti opetella uusia lauluja naaraiden houkuttelemiseksi.
miksi nämä linnunaivot lisäsivät neuroneja niin kriittisenä aikana oppimisessa? Nottebohm uskoi sen johtuvan siitä, että tuoreet neuronit auttoivat tallentamaan uusia laulukuvioita etuaivojen hermopiireihin, aivojen alueelle, joka hallitsee monimutkaisia käyttäytymismalleja. Nämä uudet hermosolut mahdollistivat oppimisen. Jos linnut tekisivät uusia hermosoluja auttaakseen niitä muistamaan ja oppimaan, Nottebohm ajatteli, että nisäkkäiden aivotkin voisivat.
muut tutkijat uskoivat, etteivät nämä havainnot voisi päteä nisäkkäisiin, mutta Elizabeth Gould löysi myöhemmin apinoilta todisteita vastasyntyneistä neuroneista aivojen erillisellä alueella, ja Fred Gage ja Peter Eriksson osoittivat, että aikuisen ihmisen aivot tuottivat uusia neuroneja samalla alueella.
joillekin neurotieteilijöille aikuisten aivojen neurogeneesi on vielä todistamaton teoria. Mutta toisten mielestä todisteet tarjoavat kiehtovia mahdollisuuksia aikuisten synnyttämien hermosolujen osuudesta oppimisessa ja muistissa.
neuronin rakenne
keskushermosto (johon kuuluvat aivot ja selkäydin) koostuu kahdesta perustyypistä: neuroneista (1) ja glia (4) & (6). Glia-hermosoluja on joissakin aivojen osissa enemmän kuin neuroneja, mutta hermosolut ovat aivojen avainpelaajia.
neuronit ovat informaation lähettäjiä. Ne käyttävät sähköimpulsseja ja kemiallisia signaaleja välittääkseen tietoa aivojen eri alueiden välillä sekä aivojen ja muun hermoston välillä. Kaikki, mitä ajattelemme, tunnemme ja teemme, olisi mahdotonta ilman neuronien ja niiden tukisolujen työtä, gliasoluja, joita kutsutaan astrosyyteiksi (4) ja oligodendrosyyteiksi (6).
neuroneilla on kolme perusosaa: solurunko ja kaksi laajennusta, joita kutsutaan aksoniksi (5) ja dendriitiksi (3). Solurungossa on Tuma (2), joka ohjaa solun toimintaa ja sisältää solun geneettistä materiaalia. Aksoni näyttää pitkältä hännältä ja lähettää viestejä solusta. Dendriitit näyttävät puun oksilta ja vastaanottavat viestejä solulle. Neuronit kommunikoivat keskenään lähettämällä kemikaaleja, joita kutsutaan välittäjäaineiksi, pienen synapsiksi kutsutun tilan yli vierekkäisten neuronien aksonien ja dendriittien väliin.
hermosoluja on kolme luokkaa:
- sensoriset neuronit kuljettavat tietoa aistielimistä (kuten silmistä ja korvista) aivoihin.
- Motoneuronit säätelevät vapaaehtoista lihastoimintaa, kuten puhumista, ja kuljettavat viestejä aivojen hermosoluista lihaksiin.
- kaikkia muita neuroneja kutsutaan interneuroneiksi.
tutkijat ovat sitä mieltä, että neuronit ovat elimistön monipuolisin solulaji. Näiden kolmen hermosoluluokan sisällä on satoja erilaisia tyyppejä, joilla jokaisella on erityisiä sanomankantokykyjä.
se, miten nämä hermosolut kommunikoivat keskenään luomalla yhteyksiä, tekee meistä kaikista ainutlaatuisia siinä, miten ajattelemme, tunnemme ja toimimme.
syntymä
se, missä määrin aivoissa syntyy uusia neuroneja, on neurotieteilijöiden keskuudessa kiistanalainen aihe. Vaikka suurin osa neuroneista on jo läsnä aivoissamme syntyessämme, on olemassa todisteita siitä, että neurogeneesi (tieteellinen sana neuronien syntymiselle) on elinikäinen prosessi.
neuronit syntyvät aivojen alueille, joissa on runsaasti neuraalisten esiastesolujen (joita kutsutaan myös hermokantasoluiksi) pitoisuuksia. Näillä soluilla on mahdollisuus tuottaa suurin osa, ellei kaikki, aivoissa olevista erityyppisistä neuroneista ja glia: sta.
neurotieteilijät ovat havainnoineet, miten hermoston esiastesolut käyttäytyvät laboratoriossa. Vaikka nämä solut eivät välttämättä käyttäydy aivan näin ollessaan aivoissa, se antaa meille tietoa siitä, miten ne voisivat käyttäytyä ollessaan aivojen ympäristössä.
kantasolutiede on vielä hyvin uutta ja voi muuttua lisälöydöillä, mutta tutkijat ovat oppineet tarpeeksi pystyäkseen kuvaamaan, miten hermokantasolut tuottavat aivojen muita soluja. He kutsuvat sitä kantasolulinjaksi ja se muistuttaa periaatteessa sukupuuta.
Hermokantasolut lisääntyvät jakamalla kahtia ja tuottamalla joko kaksi uutta kantasolua tai kaksi varhaista kantasolua tai yhden kummastakin.
kun kantasolu jakautuu tuottaakseen toisen kantasolun, sen sanotaan uusiutuvan itsestään. Tämä uusi solu voi tuottaa lisää kantasoluja.
kun kantasolu jakautuu niin, että syntyy varhainen kantasolu, sen sanotaan erilaistuvan. Erilaistuminen tarkoittaa sitä, että uusi solu on muodoltaan ja toiminnaltaan erikoistuneempi. Varhainen kantasolu ei pysty tuottamaan monia erityyppisiä soluja. Se voi valmistaa soluja vain tietyssä sukujuuressaan.
varhaiset progenitorisolut voivat uusiutua itsestään tai mennä jommallakummalla tavalla. Yksi tyyppi synnyttää astrosyyttejä. Toinen tyyppi tuottaa lopulta neuroneja tai oligodendrosyyttejä.
migraatio
kun neuroni on syntynyt, sen on matkustettava siihen paikkaan aivoissa, jossa se tekee työnsä.
miten neuroni tietää minne mennä? Mikä auttaa sitä pääsemään sinne?
tutkijat ovat havainneet, että neuronit käyttävät ainakin kahta eri tapaa matkustaa:
- jotkut neuronit vaeltavat seuraamalla säteittäisiä glia-solujen pitkiä kuituja. Nämä kuidut ulottuvat sisemmistä kerroksista aivojen uloimpiin kerroksiin. Neuronit liukuvat kuituja pitkin, kunnes ne saapuvat määränpäähänsä.
- neuronit kulkevat myös kemiallisten signaalien avulla. Tutkijat ovat löytäneet neuronien pinnalta erityisiä molekyylejä-adheesiomolekyylejä-jotka sitoutuvat samanlaisiin molekyyleihin läheisissä gliasoluissa tai hermohaksoneissa. Nämä kemialliset signaalit ohjaavat hermosolun lopulliseen sijaintiinsa.
kaikki neuronit eivät onnistu matkallaan. Tutkijat arvelevat, että vain kolmannes pääsee perille. Osa soluista kuolee hermosolun kehitysprosessin aikana.
jotkut hermosolut selviävät matkasta, mutta päätyvät sinne, missä niiden ei pitäisi olla. Mutaatiot geeneissä, jotka ohjaavat muuttoliikettä, luovat alueita väärin sijoitettuja tai oudosti muodostuneita hermosoluja, jotka voivat aiheuttaa häiriöitä, kuten lapsuuden epilepsiaa. Jotkut tutkijat epäilevät, että skitsofrenia ja oppimishäiriö dysleksia ovat osittain seurausta harhautuneista neuroneista.
erilaistuminen
kun neuroni pääsee määränpäähänsä, sen on sopeuduttava toimimaan. Tämä erilaistumisen viimeinen vaihe on neurogeneesin vähiten ymmärretty osa.
neuronit vastaavat välittäjäaineiden eli aivosolujen välistä informaatiota välittävien kemikaalien kuljetuksesta ja sisäänotosta.
sijainnista riippuen neuroni voi suorittaa aistineuronin, motoneuronin tai interneuronin työtä lähettäen ja vastaanottaen tiettyjä välittäjäaineita.
kehittyvissä aivoissa hermosolu on riippuvainen muiden solujen, kuten astrosyyttien, molekyylisignaaleista määrittääkseen muotonsa ja sijaintinsa, millaisen lähettimen se tuottaa ja mihin muihin hermosoluihin se yhdistyy. Nämä juuri syntyneet solut muodostavat hermopiirejä – eli informaatioreittejä, jotka yhdistävät hermosolun hermosoluun – jotka ovat paikoillaan koko aikuisiän.
mutta aikuisen aivoissa hermopiirit ovat jo kehittyneet ja neuronien on löydettävä keino sopeutua. Kun uusi neuroni asettuu sisään, se alkaa näyttää ympäröiviltä soluilta. Se kehittää aksonin ja dendriittejä ja alkaa kommunikoida naapureidensa kanssa.
kuolema
vaikka hermosolut ovat elimistön pisimpiä eläviä soluja, suuri osa niistä kuolee migraation ja erilaistumisen aikana.
joidenkin neuronien elämässä voi tapahtua poikkeavia käänteitä. Jotkut aivojen sairaudet ovat seurausta neuronien luonnottomista kuolemista.
– Parkinsonin taudissa dopamiinia välittäjäaineena tuottavat hermosolmut kuolevat pois tyvitumakkeessa, joka on kehon liikkeitä säätelevä aivojen alue. Tämä aiheuttaa vaikeuksia liikkeen käynnistämisessä.
– Huntingtonin taudissa geneettinen mutaatio aiheuttaa glutamaatti-nimisen välittäjäaineen ylituotantoa, joka tappaa tyvitumakkeen hermosoluja. Tämän seurauksena ihmiset vääntelehtivät ja kiemurtelevat hallitsemattomasti.
– Alzheimerin taudissa neokorteksin ja hippokampuksen neuroneihin ja niiden ympärille kertyy epätavallisia proteiineja, jotka säätelevät muistia. Kun nämä hermosolut kuolevat, ihmiset menettävät muistamiskykynsä ja kykynsä tehdä arkisia tehtäviä. Aivojen ja muiden keskushermoston osien fyysiset vauriot voivat myös tappaa tai lamauttaa hermosoluja.
– aivoinfarktin aiheuttamat iskut eli aivoinfarktin aiheuttamat vauriot voivat tappaa hermosoluja suoraan tai hitaasti näännyttää ne hengissä pysyäkseen tarvitsemastaan hapesta ja ravintoaineista.
– selkäydinvamma voi häiritä aivojen ja lihasten välistä viestintää, kun hermosolut menettävät yhteytensä vauriokohdan alapuolella sijaitseviin aksoneihin. Nämä hermosolut voivat vielä elää, mutta ne menettävät kykynsä kommunikoida.
Toivo tutkimuksen kautta
tutkijat toivovat, että ymmärtämällä enemmän hermosolujen elämää ja kuolemaa he voivat kehittää uusia hoitoja ja mahdollisesti jopa parannuskeinoja aivosairauksiin ja häiriöihin, jotka vaikuttavat miljoonien amerikkalaisten elämään.
tuorein tutkimus viittaa siihen, että hermokantasolut voivat tuottaa monia, ellei kaikkia, aivoista ja hermostosta löytyviä erityyppisiä hermosoluja. Kun oppii manipuloimaan näitä kantasoluja laboratoriossa tietyntyyppisiksi neuroneiksi, voi syntyä uusia aivosoluja kuolleiden tai vahingoittuneiden tilalle.
hoitoja voitiin luoda myös hyödyntämään aivojen sisällä olevia kasvutekijöitä ja muita signalointimekanismeja, jotka kertovat esiastesolujen muodostavan uusia hermosoluja. Tämä mahdollistaisi aivojen korjaamisen, muokkaamisen ja uudistamisen sisältäpäin.
muista neurologisista häiriöistä tai National Institute of Neurological Disorders and Stroke-tutkimuslaitoksen rahoittamista tutkimusohjelmista saa tietoa instituutin Brain Resources and Information Networkista (BRAIN) osoitteesta:
BRAIN
P. O. Box 5801
Bethesda, MD 20824
(800) 352-9424
www.ninds.nih.gov
Top
valmistanut:
Office of Communications and Public Liaison
National Institute of Neurological Disorders and Stroke
National Institutes of Health
Bethesda, MD 20892
NINDS: n terveyteen liittyvää aineistoa tarjotaan vain tiedotustarkoituksiin, eikä se välttämättä edusta National Institute of Neurological Disorders and Stroke-instituutin tai minkään muun liittovaltion viraston hyväksyntää tai virallista kantaa. Yksittäisen potilaan hoitoa tai hoitoa koskevat neuvot on hankittava neuvottelemalla lääkärin kanssa, joka on tutkinut kyseisen potilaan tai tuntee potilaan sairaushistorian.
kaikki NINDSIN valmistamat tiedot ovat julkisia ja niitä voi vapaasti kopioida. Kunniaa NINDEILLE tai NIH: lle arvostetaan.