Ученые выяснили, что мозг человека — это два независимых органа, объединенных эволюцией

Человеческий мозг представляет собой не единый орган, а союз двух независимых нервных систем, возникших в процессе эволюции с разницей в сотни миллионов лет. К такому выводу пришли ученые из Медицинской школы Стэнфордского университета, опубликовавшие результаты научной работы в журнале Nature Neuroscience.

Новые данные показывают, что передняя и задняя части мозга берут начало от различных клеток-предшественников. Ранее считалось, что весь орган формируется из единого пула однотипных эмбриональных клеток. Однако анализ эмбриогенеза продемонстрировал раздельное развитие двух клеточных популяций. Первая группа, экспрессирующая ген Otx2, образует передний и средний мозг, которые сформировались в ходе эволюции позвоночных. Этот отдел регулирует абстрактное мышление, способность к математическим вычислениям, поэзии и рефлексии о собственном происхождении — когнитивные функции, делающие нас людьми.

Вторая популяция клеток, связанная с геном Gbx2, формирует ромбовидный мозг и его ствол. Эта часть является эволюционно более ранней нервной системой, унаследованной от древних беспозвоночных предков и контролирующей базовые физиологические функции в автономном режиме. К ее задачам относится регуляция частоты сердечных сокращений, дыхательного ритма и управление мышечными сокращениями для процесса глотания. При развитии эмбриона эти две клеточные линии не смешиваются, следуя параллельными путями до момента слияния в общую конструкцию.

Выявленное разделение нервных систем имеет прикладное значение для медицины. Длительное время специалистам не удавалось культивировать нейроны заднего мозга in vitro, что ограничивало изучение патологий ствола мозга. Понимая специфику клеток-предшественников, биологи получили возможность направленно синтезировать нейроны этой системы в лаборатории. Это дает базу для анализа механизмов развития таких состояний, как боковой амиотрофический склероз и спинальная мышечная атрофия, а также для разработки методов таргетной терапии.

Эксперименты проводились на клеточных моделях и эмбрионах мышей в период гаструляции — на этапе первоначальной закладки структуры тела. Биологи подтвердили, что плюрипотентные стволовые клетки человека подвержены аналогичным алгоритмам дифференциации при воздействии биохимических сигналов. Функции двух популяций эмбриональных клеток не взаимозаменяемы. Эмпирические данные подтверждают, что центральный орган управления тела физиологически является гибридом двух систем с собственным происхождением.

Источник: eurekalert.org