Máme v hlavě GPS? Nobelova cena za výzkum neuronů

Máme v hlavě GPS? Nobelova cena za výzkum neuronů
http://www.www.nfneuron.cz/en/news/nobelova-cena-za-fyziologii-a-lekarstvi-neuron/
Nobelova cena v oblasti fyziologie a lékařství byla letos udělena třem vědcům, kteří učinili převratné
objevy na poli neurověd. Obdrželi ji manželé z Norska Edvard a May-Britt Moserovi a John O'Keefe,
průkopník výzkumu neuronů působící na University College v Londýně. V laboratoři manželů
Moserových působil i český vědec MUDr. Karel Ježek, PhD., který nyní získané zkušenosti uplatňuje v
laboratoři experimentální neurofyziologie na Lékařské fakultě UK v Plzni. A protože se náš nadační
fond jmenuje Neuron, přinášíme vám článek, který oceněné objevy přibližuje.
Prostorová paměť
Již v sedmdesátých letech objevil John O’Keefe speciální typ neuronů, takzvané poziční buňky (place
cells) v hipokampu krys. Tyto buňky jsou aktivní, pouze pokud se zvířata nacházejí na určitém místě,
například blízko kolečka na běhání, před dveřmi atd. Pomáhají tedy zvířeti s orientací v prostoru dle
předmětů, které jsou v něm umístěny a zřejmě fungují při vytváření prostorové paměti. Cílem
manželského páru Edvard a May-Britt Moserových bylo prohloubit O‘Keefeho výzkum. Jejich idea
spočívala v tom, že i když jsou poziční buňky v hipokampu, mohou být ovlivněny buňkami v jiné části
mozku.
Mřížkové buňky
V roce 2005 se Moserovým podařilo zachytit a popsat způsob, jak zvíře vnímá prostor kolem sebe a
umí se v něm orientovat (např. dostat se cíleně z jednoho místa na druhé) bez ohledu na okolní
předměty. Velmi nadsazeně řečeno je to takové GPS v mozku.
Jejich výzkum probíhal tak, že nechali běhat krysu po krabici, kde byly rozmístěné pamlsky, a přitom
sledovali aktivitu buněk v jejím mozku pomocí implantovaných elektrod. Tyto elektrody jsou tak
citlivé, že dokáží snímat signál z jednoho samostatného neuronu. Na obrazovce sledovacího zařízení
se tento signál poté zobrazí jako tečka a intenzita signálu je slyšet jako praskání.
Po sérii pokusů zjistili, že hlavní signál vychází z buněk umístěných v tenkém proužku tkáně ve spodní
části krysího mozku (tzv. entorinální kůra). Při sledování souvislosti mezi aktivitou buněk a pozicí
krysy v krabici, vědci dospěli k překvapivým výsledkům. Pokud totiž krysa projde určitými body,
buňky v entorinální kůře se periodicky aktivují. Tato aktivita, něco jako kód, promítnutá ve formě
teček tvoří souřadnicový systém, který lze spojit v šestihrannou mřížku (obrázek č.1). Studie ukazuje,
jak mozek vnímá okolí a pohyb v něm v čase a prostoru. Šestihranná mřížka je v mozku abstraktně
vytvořena a aplikována na prostředí. Podle ní pak zvíře dokáže posoudit kam, a jak rychle jde.
Obr. 1: Struktury vytvářené v krysím mozku promítnuté na dno krabice, v níž běhá.
Buňky, které tyto signály vysílají, Moserovi nazvali „mřížkové buňky“ (grid cells). Zajímavé také je, že
se mřížka tvoří i pokud je zvíře ve tmě. To znamená, že entorinální kůra vytváří vzorec naprosto
interně, jako kód integrující podněty z jiných částí mozku.
1
A proč zrovna šestiúhelníky? Je to totiž optimální uspořádání jak dosáhnout co nejvyššího
prostorového rozlišení s minimálním počtem buněk. Jde o další důkaz toho, jak je mozek efektivně
uspořádán.
Souvislost s Alzheimerovou chorobou
Velmi důležitou roli hraje propojení mřížkových buněk s hipokampem zkoumaným O‘Keefem, kde sídlí
centrum paměti. Vědci se domnívají, že mozek nejprve vytvoří mřížkovou strukturu prostoru kolem
sebe nezávisle na prostředí a až následně do této abstraktní „mapy“ zavádí reálné objekty/předměty
dle vlastní zkušenosti.
Za předpokladu, že podobně funguje i lidský mozek, může být právě toto způsob, jak se podvědomě
orientujeme v prostoru. Propojení orientace s pamětí nám poté umožní neztratit se v místě, kde jsme
již jednou byli.
Díky objevení schopnosti kódovat okolní prostor, má výzkum mřížkových buněk ještě jeden, pro nás
praktický význam. Entorinální kůra je jedním z prvních částí mozku, kterou postihuje Alzheimerova
nemoc. A právě první příznaky nemoci jsou pocity ztracení a zhoršená orientace v prostoru. Nově
objevená souvislost tedy přináší další náměty na výzkum tohoto celosvětově rozšířeného onemocnění.
Pokračování v Plzni
V laboratoři manželů Moserových v norském Trondheimu působí mnoho lidí z celého světa. Jedním z
nich byl i český vědec MUDr. Karel Ježek, PhD., který v tamější laboratoři strávil sedm let. Získané
zkušenosti pak doktor Ježek uplatnil při budování vlastního výzkumného týmu v laboratoři
experimentální neurofyziologie, která je součástí Biomedicínského centra Lékařské fakulty UK v Plzni.
Zde se hlouběji věnují zkoumání hipokampu a fyziologických funkcí, které v něm probíhající. Vědci se
snaží objasnit způsob, jak mozek zaznamenává a vybavuje vzpomínky.
Jak mozek operuje?
Téma, kterému se manželé Moserovi věnují, představuje v rámci neurologie jednu z největších výzev
21. století, a sice jak mozek provádí operace. Existuje teorie, která říká, že mozek využívá něco
podobného jako je počítačový operační jazyk, např. Java. Reálný „operační jazyk“ mozku je
samozřejmě mnohem složitější, ale letošní nositelé Nobelovy ceny za fyziologii a lékařství nakročili k
jeho, byť jen částečnému, rozluštění.
Autorkou článku je Hana Semerádová, studentka Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze
Tisková konference s prof. Johnem O'Keefem o získání Nobelovy ceny 2014
2