Geenid või keskkond: mis kujundab sensoorset homunkulit?

Geenid või keskkond: mis kujundab sensoorset homunkulit?
Geenid või keskkond: mis kujundab sensoorset homunkulit?
Anonim

Valk, mis aitab kehakaarte koostada, tõstatab küsimusi funktsioonide individuaalsete erinevuste kohta

Boston, MA, 30. märts 2000 – Üksainus ajus ekspresseeritud geen võib muuta põhilise neuroteaduse pikaajalist ikooni, mis seni arvati olevat kujunenud peamiselt keha perifeeriast, Harvardi meditsiinikoolist, pärit närvisisendist. teadlased on leidnud.

Sensoorne homunkulus on õpikutest tuttav karikatuur inimesest, mis on ebatõenäoliselt üle aju pinna laiali laotatud. See kujutab, kui palju ruumi aju eraldab meie erinevatele kehaosadele, kui on vaja ümbritsevat maailma tunnetada.Arvatakse, et selle metsikult ebaühtlased proportsioonid tekivad vastusena ajule teavet toivate sensoorsete neuronite aktiivsusele. Ajakirjas April Nature Neuroscience teatasid aga teadlased eesotsas HMS-i rakubioloogia dotsendi John Flanaganiga, et valk, mis on varem teadaolev alt loonud visuaalse maailma kaarte madalamates ajukeskustes, mängib samuti olulist rolli õige kehakaardi jäljendamisel. ajukoor.

Töö on intrigeeriv, sest varasemad uuringud teistes valdkondades on korrelatsioonis esindatuse ajus funktsionaalsete võimetega, mis viitab sisuliselt sellele, et olulisemad asjad saavad rohkem ajuruumi. "See, et saame seda ühe geneetilise muudatusega muuta, oli täiesti ootamatu," ütleb Flanagan.

Tema rühm ei ole veel analüüsinud, kuidas hiirte moonutatud kehakaart neid mõjutab, kuid ta ütleb, et üldiselt "ei ole liiga pikk mõelda, et kui muudate ajukoores esindatuse skaalat, siis muudate. käitumine."

Enamik vanemaid imestab, kuidas nende laste huvid erinevad. Kust need erinevused võiksid tulla? Geneetika tegeleb osaliselt selle küsimusega, püüdes siduda geene konkreetse käitumisega, nagu kalduvus seiklushimule. "Kuid nende kaartide osas puuduvad varasemad tõendid nende kontrollimise geneetilise aluse kohta," ütleb Flanagan.

Pikaaegsed liikide erinevused sensoorsetel kaartidel peegeldavad juba erinevusi funktsionaalses tähtsuses ja seega ka võimetes. Näiteks hiirtel võtavad vurrud ja koon suurema osa sensoorsest ajuruumist, samas kui ahvide aju pühendab suuri alasid kätele ja jalgadele. Flanagan oletab, et inimestel võivad geneetilised variatsioonid selles, kui palju ruumi aju igale kehaosale pühendab, aidata selgitada erinevust keskmise inimese ja näiteks andeka muusiku vahel. Praegune töö ei muuda sissetulevate neuronite neuraalse aktiivsuse tähtsust ajukaartide määramisel.Esimest korda öeldakse aga, et ajukoorel on ka oma käsi ajuruumi jagamisel ja see mõju on geneetiline.

Kaks Saksa teadlaste 1995. aasta artiklit illustreerivad seda geneetika ja ajukeskkonna ühist mõju. Magnetresonantstomograafiat kasutades leiti ühes uuringus erinevusi teatud aju kuulmispiirkondades täiusliku helikõrgusega muusikute ja mittemuusikute vahel. Autorid kirjutavad, et need erinevused tekivad umbes 30. rasedusnädalal ja võivad seetõttu olla geneetilised. Teine uuring näitas, et keelpillimängijatel oli vasaku käe, kuid mitte parema käe numbrite ajukoores suurem kujutis kui mittemuusikutel, ja et see erinevus tekkis tõenäoliselt siis, kui inimene hakkas mängima.

Pierre Vanderhaeghen, toonane Flanagani labori järeldoktor, alustas seda projekti, et teada saada, kas kaardistavate valkude perekond, mida nimetatakse efriinideks, tegi ajukoores seda, mida nad teadupärast teevad nägemissüsteemis ja mujal ajus.See küsimus oli vastuoluline, osaliselt seetõttu, et arenev ajukoor näeb välja ühtlane. Tõepoolest, teadlased isegi ei teadnud, kas see sisaldas kaardistamismolekule ja kui jah, siis kus. Kuidas sensoorne homunkulus areneb, pole hästi mõistetav ja varasem töö selles valdkonnas oli keskendunud sissetulevatele närviühendustele. Ta väitis, et tihed alt innerveeritud piirkonnad, sealhulgas huuled ja keel, saatsid ajju suured neuronite rühmad ja et nende intensiivne tegevus võimaldas neil nõuda suurt territooriumi ajukoore kihis 4, mis käsitleb sissetulevat sensoorset teavet. Ajukoorel endal arvati olevat vaid väike õpetlik roll, kui üldse.

Vanderhaegheni katsed näitasid, et selles peab olema rohkem. Esiteks leidis ta, et efriin-A5 ekspresseeriti hiire somatosensoorses ajukoores kõrge pea ülaosas ja külgedel madala gradiendina. Seejärel leidis ta talamusest sissetulevatele neuronitele sobiva efriin-A5 retseptori EphA4 gradiendi, mis on viimane kehapinna puutetundliku teabe edastamise jaam.Mõlemad gradiendid ilmnevad arengufaasis, kui need talamuse neuronid tungivad läbi ajukoore ja loovad ühendusi kihis 4.

Arvatavasti on efriin-A5 üks mitmest gradiendist, mis kattuvad punktide määratlemiseks ajus, täpselt nagu x-, y- ja z-telg määratlevad punkte 3-D matemaatilisel graafikul. Idee seisneb selles, et sissetulevad neuronid võitlevad selle märgiste risttulega läbi nendes olevate retseptorite kombinatsiooniga. Lõpuks leiab iga neuron oma õige koha ruumilises mustris, mis peegeldab välismaailma.

Molekulaarne mehhanism, mille kaudu see toimub, on halvasti mõistetav. Siiski teavad teadlased, et efriinid toimivad tõrjuv alt, see tähendab, et paljude EphA4 retseptoritega kaetud neuronid väldivad tiheda efriin-A5 ligandi piirkondi.

Järgmine Vanderhaeghen mõõtis 4. kihis täpse ala, mis oli pühendatud hiire vuntsidele, mis on tema kõige olulisem puuteorgan. Ta avastas, et hiirtel, kellel puudus efriin-A5, olid vuntside väljad kummaliselt moonutatud, andes mõnele vurrule ruumi, samal ajal kui teised kokku pigistasid.

Üldmõju meenutab erinevusi maailmakaartidel, mis on koostatud selliste kriteeriumide järgi nagu naftavarud: riikide naaber-naabersuhted on endiselt täpsed, kuid ühtäkki tundub Norra väikese Rootsi ja Soome kõrval veidr alt suur. Samamoodi on hiirte kehakaart põhimõtteliselt terve, kuid skaal alt nihkunud (vt pilti). See oli üllatav, sest visuaalses süsteemis aitavad efriinid teadaolev alt sissetulevatel neuronitel neid naaber-naabersuhteid ustav alt säilitada, kui nad ajus ühendusi loovad. Ilma efriini siltideta laguneb nende ruumiline järjekord ja neuronid kasvavad üldse valedesse piirkondadesse. Lõpuks lisab Flanagan, et keegi ei tunneks end homunculuse poolt valesti kujutatuna, et see ei seisne pelg alt tundlikkuses, vaid võimes lahendada puutetundlikku teavet. Tunneme ribidesse või sääresse pigistades valu, kuid ei kasutaks neid osi punktkirja lugemiseks.

Populaarne teema