• Saturday July 20,2019

Tar den nye ut av nevroner

Anonim


Du er ikke den personen du pleide å være. For to uker siden ble overflaten på huden din dekket av et helt annet sett med celler, som siden har dødd og flakket av. For fire måneder siden hadde du et helt annet sett med røde blodlegemer. Siden fødselen har kroppen din vokst enormt, og mye av det hele tiden regenererer, erstatter gamle celler med nye.

Men hjernen din er annerledes. Ved fødselen, den delen av hjernen din som styrer dine mest menneskelige evner - Neocortex - kom fullt utstyrt med 100 milliarder neuroner. Disse samme nevronene har vart i løpet av årene og fremdeles driver dine tanker i dag.

Neocortex utgjør det meste av hjernen. Den relativt store størrelsen er unik for mennesker, og med god grunn. I tillegg til å kontrollere kroppene våre, inneholder samlingen av nevroner våre mest karakteristiske kvaliteter - våre erfaringer og våre krefter av språk, resonnement og kreativitet. Av denne grunn har utviklingen av disse nevronene fascinert forskere i flere tiår.

Gjennom våre liv, trenger Neocortex å forandre seg i et utrolig tempo da vi påløper nye minner og ferdigheter. Et av de mest kritiske spørsmålene i nevrovitenskap er hvordan det klare seg - vokser det hele tiden nye neuroner (en prosess som kalles neurogenese), eller har vi samme sett fra fødselen? I mange år har spørsmålet ikke hatt noen svære svar på grunn av unøyaktige og lett feiltolkte forskningsteknikker. En rapportert observasjon av nyopprettede nevroner i primathjernene funnet flammene i debatten, men kunne ikke bekreftes. Det var klart at et nytt gjennombrudd var nødvendig. Det kom fra de mest usannsynlige teknikker - karbon-dating.

Carbon-dating neuroner

Carbon dating måler nivåene på 14 C, en radioaktiv form for karbon funnet i små bakgrunnsnivåer i atmosfæren. Det er en nyttig teknikk for å trene gamle artefakter, men det er bare nøyaktig i omtrent 30 år og har begrenset bruk for å studere levende celler.

Men Ratan Bhardwaj og kollegaer ved Karolinska Instituttet, Stockholm, fant en måte å gjøre dette på. De utnyttet det faktum at under den kalde krigen, tok verdens supermakt seg opp ved å teste sine nye atomvåpen arsenaler. Dermed løsnet de store mengder 14 C i atmosfæren og fra 1955 doblet globale nivåer på åtte år.

Testavtalen fra 1963 avsluttet både kjernefysisk testing og de stigende 14 C-nivåene, som falt eksponentielt i de neste tiårene. I mellomtiden ble de høye atmosfæriske nivåene på 14 C omdannet til karbondioksid og tatt inn av planter. På denne måten jobbet 14 C opp i matkjeden, og noe av det gjorde det til kroppene og nevronene til menneskene som var i live på den tiden.

Så, nivåene på 14 C i noen neuron fungerer som et tidsstempel, som direkte reflekterer mengden 14 C i luften da den ble opprettet. Fordi atmosfærenivåene endret seg så mye fra år til år, kunne laget nøyaktig utarbeide bursdagen til hver celle.

Bhardwaj og hans kollegaer så på nivåene på 14 C i nevronene på 7 personer født mellom 1933 og 1973. Resultatene var utvetydige. Nivåene på 14 C i hver persons neokortiske neuroner matchet nivåene i luften da de ble født - høyt i de som ble født etter atomprøving, og lavt i de som ble født før det. Laget studerte millioner av neuroner, over de fire distinkte delene av neocortex. Ikke en eneste var yngre enn hjernen som bar den.

Det endelige slaget

Bhardwaj gjorde en annen studie for å bekrefte sitt oppsiktsvekkende resultat. Han så på hjernen til kreftpatienter som ble injisert med et kjemikalie kalt BrdU før de døde. BrdU er en variant av en av de fire basene som utgjør DNA og en gang injiseres, blir det innlemmet i nyskapet DNA. På denne måten virker nærværet av BrdU som en markør for nyfødte celler. Igjen viste eksperimentet ingen tvilstilfelle - i disse pasientene ble mange forskjellige typer celle i neocortex merket med BrdU, men ikke en eneste av dem var en nevron.

Mens Bhardwaj innrømmer at teknikkene har sine grenser, er de utrolig følsomme. Noen nye nevroner savnet av de to metodene ville utgjøre under 1% av neocortex samlingen, og ville være svært kortvarig. På det meste legger neocortexen til en ny neuron hvert år for hver 7.000 eksisterende. Deres innvirkning på det eksisterende millioner sterke nettverket ville være ubetydelig.

Dynamikk gjennom stabilitet

Bhardwaj 's elegante eksperimenter bringer debatten ned i favør av en side. Det tyder sterkt på at alle 100 millioner nevroner i vår neocortex blir produsert under et strengt utviklingsvindu mens vi fortsatt er inne i livmoren. Vi er da fast med disse cellene for hele vårt liv.

Det er ikke å si at hjernen skaper ingen nye nevroner i det hele tatt. Tvert imot produseres de mest definitivt i to spesifikke regioner - olfaktorisk pære, som styrer luktsansen, og hippocampus, en region som er forbundet med å bygge kortvarige minner. Men i neocortex er stabilitet dagens rekkefølge.

Situasjonen er mye den samme hos primater og gnagere, hvor nye neuroner bare opptrer i hippocampus og olfaktorisk pære. I kontrast, fornyer fisk, reptiler og fugler nevronene gjennom hele sitt nettverk og gjennom hele livet.

Hvordan kan en statisk populasjon av nevroner forenes med en dynamisk tilpasningsbar hjerne som er alt annet enn statisk? Uten ny nevroner, må Neocortex 'hevede fleksibilitet komme fra å endre sammenhenger mellom eksisterende nevroner, og kontinuerlig omdirigere våre mentale kretser i møte med nye erfaringer og opplevelser. Når det kommer til nevroner, er det ikke hvor mange du har, det er hvordan du bruker dem som teller

Bhardwaj mener at pattedyr har utviklet et stabilt neuralt nettverk slik at vi kan beholde viktig informasjon gjennom våre liv; i tilfelle mennesker, det vil inkludere våre vaunted språkferdigheter. Vårt mentale nettverk ble smidd gjennom erfaring, men nye nevroner er naive. Å legge dem inn i blandingen vil forandre strømmen av strømmer gjennom eksisterende eksisterende system, noe som forårsaker potensielle problemer. Alle som så på fotballkampen i England nylig, kan sette pris på det kaoset som oppstår når nye spillere uventet presses inn i en stabil formasjon.

Forebygging av utvikling av nye nevroner i neocortex kan til og med ha vært et kritisk skritt i utviklingen av menneskelig intelligens. Det er herlig ironisk at stivfaste dette nummeret har muliggjort at vi blir mer mentalt dynamiske enn noe annet dyr kunne håpe å være.

Referanse: RD Bhardwaj (2006). Fra dekselet: Neokortisk neurogenese hos mennesker er begrenset til utviklingen Prosedures of the National Academy of Sciences, 103 (33), 12564-12568 DOI: 10.1073 / pnas.0605177103


Interessante Artikler

Mystiske arter kan ha interbreed med mennesker

Mystiske arter kan ha interbreed med mennesker

Historien om menneskelig evolusjon blir stadig mer komplisert. Forskere denne uken kunngjorde oppdagelsen av et lårben som kunne tjene som bevis på en ny gren i vårt slektstre. Lårbenet var datert til rundt 14.000 år siden, og utfordret forestillingen om at andre arter av gamle mennesker døde etter at moderne mennesker hadde opptrådt. I ste

Er det en genetisk grunnlag for å løpe etter alle?

Er det en genetisk grunnlag for å løpe etter alle?

DNA Genetikere avdekker et annet nivå av menneskelig etnisk mangfold: Det kan ikke være hvilke gener vi har så mye som måten de oppfører seg på som står for våre forskjeller. Ved hjelp av det internasjonale HapMap-prosjektet, som katalogiserer humane genvarianter på tvers av populasjoner, samler forskere fra University of Pennsylvania Vivian Cheung og Richard Spielman først sekvensene av en bestemt hvite blodcelle fra 82 asiater og 60 personer av europeisk nedstigning. Deretter

Jägeren-samlere i oss

Jägeren-samlere i oss

Lesley-Ann Brandt En av grunnene til at HGDP-populasjonene er vektet mot urfolksgrupper er at det var forståelse for at disse populasjonene kanskje ikke vil være lengre etter verden i deres nåværende form. Men gjenvinningen av Taino-genomet illustrerer at selv om befolkningen ikke lenger er hos oss. de

På utdanning og  'Science Literacy '

På utdanning og 'Science Literacy '

Mens jeg forbereder lørdagens utdanningspanel, la vi gå tilbake til et beslektet emne som diskuteres her i løpet av de siste ukene. Jeg er nysgjerrig på å finne ut hvordan våre nye lesere føler om begrepet " science literacy ". Tror du det er noe lært i klasserommet eller ervervet ved naturlig nysgjerrighet og ivrig intellekt? Er en

Vitenskapsforfattere: Du har store krefter.

Vitenskapsforfattere: Du har store krefter.

Nyhetene i disse dager er dystre for vitenskapssinnet. Guvernøren i Texas, som også vil være din president, sier at Texas skoler lærer kreasjonisme. (De skjønner ikke, selv om Perry-som utnevnte en kreasjonist til å lede statsrådets utdanning - kan ønske seg noe annet.) Astrophysicist Neil deGrasse Tyson snakket lidenskapelig på HBO om landets retrett fra drømmer. Så jeg f

NCBI ROFL: Farge og kvinners attraktivitet: når røde klær blir oppfattet som å ha en mer intens seksuell hensikt.

NCBI ROFL: Farge og kvinners attraktivitet: når røde klær blir oppfattet som å ha en mer intens seksuell hensikt.

"Forskning har vist at med noen nonhuman primater, er rød forbundet med større seksuell attraktivitet hos kvinner, og nyere studier har funnet ut at en kvinne med røde klær øker tiltrekningsadferd hos menn. Imidlertid er mekanismen som forklarer slik atferd, ikke studert. I dette eksperimentet antydet vi at menn overvurderte kvinners seksuelle hensikt når de hadde på seg røde klær. Deltake