Prezentacje projektów – Badanie najstarszej części mózgu
Dzięki finansowaniu przez UE, badacze koncentrują swoje wysiłki na ważnych i nieco zagadkowych częściach mózgu, zwanych jądrami podstawy, odpowiedzialnych za kontrolę aktywności ruchowej oraz aspektów poznawczych zachowania się. Jądra podstawy stanowią grupę struktur w mózgu kręgowców, działając w charakterze funkcjonalnego zespołu spójności. Jeśli można sobie wyobrazić mózg w postaci melonika, powieszonego pod kątem na wieszaku, to jądra podstawy znajdują się w środku, mniej więcej trzy centymetry od dołu. Naukowcy europejscy, uczestniczący w projekcie Select-and-Act, badają ten obszar przy użyciu szeregu zaawansowanych narzędzi, by zrozumieć dokładnie, na czym polega jego funkcja. Badania takie ważne są zarówno dla podstaw nauk medycznych, lecz także rzucą nowe światło na choroby centralnego systemu nerwowego, takie jak choroba Parkinsona, choroba Huntingtona, a nawet zespół nadpobudliwości ruchowej z deficytem uwagi (ADHD). "Jądra podstawy związane są z szeregiem różnych funkcji, obejmujących kontrolę aktywności ruchowej, uczenie się procedur dotyczących rutynowego zachowania lub zwyczajów, ruchy gałek ocznych, oraz funkcje poznawcze i emocjonalne," wyjaśnia Sten Grillner, koordynator projektu Select-and-Act oraz profesor w prestiżowym szwedzkim ośrodku Karolinska Institute. Badania prowadzone w ramach projektu Select-and-Act skupiają się na istotnej, znajdującej się w jądrach podstawy, strukturze o nazwie ciało prążkowane lub prążkowie. Ciało prążkowane odgrywa krytyczną rolę, działając w postaci filtra sygnałów, przychodzących z kory mózgu i wzgórza mózgowego. Pan Grillner wyjaśnia, że czułość wzgórza mózgowego jest ustalana przez dopaminę oraz jest istotna przy chorobie Parkinsona. Przy niedoborze dopaminy, obwody w ciele prążkowanym nie są uruchamiane. Przy nadmiernej ilości dopaminy, powodują one niekontrolowane ruchy, zwane zaburzeniami hiperkinetycznymi, co ma oczywisty związek z tą substancją. Podobnie, substancje 5-HT oraz histamina posiadają inne znane działania. Kora mózgowa jest znaczącym obszarem dla pamięci, uwagi, umiejętności postrzegania, myśli, języka i świadomości, podczas gdy wzgórze mózgowe przekazuje odczucia, sens przestrzenny i sygnały ruchowe do kory mózgowej i jąder podstawy. Kora mózgowa i wzgórze mózgowe funkcjonują w ścisłym współdziałaniu z jądrami podstawy. Co ciało prążkowane realizuje w następnej kolejności Kora mózgu i wzgórze zbierają dane na temat, jakie działania należy wykonać w następnej kolejności, a ciało prążkowane otrzymuje te informacje i wykorzystuje je do określenia, które działania należy podjąć w danym momencie, co odgrywa oczywistą i ważną rolę w kontroli ruchów i ich koordynacji. "Skupiamy się na badaniach ciała prążkowanego, ponieważ jest to właśnie struktura mózgu, odpowiedzialna w znacznym stopniu za wybór zachowania," mówi Pan Grillner. "Jeśli więc potrzebujemy skręcić w lewo lub w prawo, to mamy oddzielne obwody w pniu mózgowym, by to realizować. Ale konieczne jest wykorzystanie innej struktury, która zadecyduje, jak obwód ma być w danym momencie uruchomiony i to właśnie jest pierwszorzędną rolą ciała prążkowanego." Projekt Select-and-Act obejmuje pięć grup badawczych oraz zespoły dodatkowych ekspertów, którzy systematycznie studiują ciało prążkowane w ustalonym formacie różnych metod i sposobów. Laboratorium Grillnera bada działanie mikroobwodów w ciele prążkowanym na poziomie molekularnym, komórkowym i synaptycznym, poprzez jednoczesne sporządzanie zapisów z szeregu komórek nerwowych u gryzoni, a także prymitywnych kręgowców, a mianowicie minogów morskich. W międzyczasie, laboratorium Bolam w Oksfordzie zainteresowało się delikatną strukturą specyficznych typów synapsy w ciele prążkowanym, oraz sposobami w jakie rozmaite modulatory, takie jak dopamina, 5-HT i histamina, wpływają na mikroobwody tego ciała podczas stosowaniu różnych technik fizjologicznych. Laboratorium Lansner/Hellgren w sztokholmskim Królewskim Instytucie Technologii sporządza modele komputerowe ciała prążkowanego i jego wzajemnego oddziaływania z korą mózgową oraz różnymi ośrodkami ruchowymi. Modele te powstają w oparciu o szczegółowe biologiczne i morfologiczne rezultaty badań prowadzonych w laboratoriach Grillnera i Bolama. "Modele pozwalają nam na przetestowanie, czy nasze biologiczne rezultaty odpowiadają działaniu poszczególnych obwodów." Badanie in vivo ma miejsce w laboratorium Graybiel na amerykańskim uniwersytecie MIT w Cambridge. Naukowcy studiują tam działanie ciała prążkowanego, wykorzystując modele gryzoni, oraz zapisując jednocześnie dane z szeregu komórek nerwowych w obwodach tego ciała, w trakcie gdy szczur realizuje bieganie. Szczury wytresowane są, by skręcać w lewo lub w prawo, zależnie od tego, gdzie spodziewają się znaleźć żywność, a naukowcy obserwują, w jaki sposób działania takie są inicjowane przez ciało prążkowane. "Można więc zorientować się, kiedy uruchamiane są rozmaite obwody," mówi Pan Grillner. Ponadto, laboratorium Bergmana na Uniwersytecie Hebrajskim w Jerozolimie studiuje działalność neuronów w ciele prążkowanym, wraz z komórkami dopaminy, które sygnalizują nagrodę w rezultacie zachowania się małpy. Małpa wytresowana jest, by odkrywać i interpretować rozmaite sygnały oznaczające nagrody, bądź też po prostu wydmuchy powietrza. Stworzenie takiej sytuacji pozwala na analizę funkcji ciała prążkowanego w bardziej złożonych warunkach. "Dzięki powiązaniu badań prowadzonych w pięciu laboratoriach, możemy zrozumieć tryb działania mikroobwodów w ciele prążkowanym, a także sposoby działania mikroobwodów podczas realizacji prostych czynności u gryzoni i bardziej złożonych czynności u ssaków naczelnych," mówi Pan Grillner, dodając, że takie powiązanie badań jest sprawą unikalną w prowadzonym projekcie Select-and-Act. Niespodzianką dla zespołu było uświadomienie sobie, jak długo istnieje ciało prążkowane. "Porównywaliśmy obwody u ssaków z mikroobwodami u jednego z pierwszych typów kręgowców, które podlegały ewolucji, a więc u minogów morskich," mówi Pan Grillner. Minóg morski jest bardzo starym kręgowcem, który podlegał ewolucji 560 milionów lat temu, kiedy oddzielił się od głównej linii kręgowców. Jest on jednym z najbardziej prymitywnych kręgowców dostępnych w dalszym ciągu do badań. "Ale było to dla nas zdumiewające, po uświadomieniu sobie, że już 560 milionów lat temu, zaczęły rozwijać się zasadnicze formy i właściwości, oraz połączenia takich komórek nerwowych. Ssaki rozwinęły się jedynie 130 milionów lat temu, a ludzie pojawili się tylko 200 000 lat temu. Tak więc, cała kontrolna struktura ciała prążkowanego istniała już bardzo wcześnie, podczas ewolucji kręgowców i nie zmieniła się zbytnio od tego czasu," zauważa Pan Grillner. Badania kontynuowane będą przez następny rok. "Końcowy rezultat tego projektu pozwoli na opracowanie i zrozumienie mikroobwodów ciała prążkowanego, oraz sposobów jego modyfikacji przy pomocy różnych modulatorów, takich jak dopamina, 5-HT i histamina," wyjaśnia Pan Grillner. Pomimo, iż dotąd zespół zrealizował już dużo badań, to jednak pozostają do wykonania dalsze prace, chociaż najważniejsze nowe zdobycze zostały już osiągnięte. "Te badania powinny być jednak kontynuowane przez dłuższy czas, by można było zrozumieć skomplikowany mechanizm, odpowiedzialny za złożone funkcje mózgu," kończy Pan Grillner. Projekt Select-and-Act otrzymał dofinansowanie z programu badań zdrowia w ramach Siódmego Programu Ramowego (7PR).