Vědci objevili, jak jediná buňka vytváří mozek se 170 miliardami buněk

Foto: AI/ScienceDaily.com

Úvod do výzkumu

Jak může jediná buňka vytvořit mozek s miliardami přesně organizovaných neuronů? Vědci naznačují, že mozkové buňky používají svou linii – svůj buněčný rodokmen – jako druh poziční mapy. Buňky, které pocházejí od stejného předka, zůstávají blízko sebe, což pomáhá mozku organizovat se bez spoléhání se pouze na chemické signály.

Autor původního článku: redakce

Jednoduché pravidlo organizace mozku

Překvapivě jednoduché pravidlo – mozkové buňky se drží blízko svých předků – může pomoci vysvětlit, jak jediná buňka buduje inteligentní mozek. Lidský mozek začíná jako jediná buňka. Postupem času tato osamocená buňka dává vzniknout mimořádně složitému orgánu obsahujícímu přibližně 170 miliard buněk. Jednou z největších otázek v oblasti vývojové neurovědy je, jak se všechny tyto buňky dostanou na správná místa, aby vytvořily funkční mozek.

Výzkum v Cold Spring Harbor Laboratory

Výzkumníci z Cold Spring Harbor Laboratory nyní věří, že odpověď může být překvapivě jednoduchá. Jejich nová práce nabízí vhled do toho, jak se mozek organizuje během vývoje, a mohla by nakonec ovlivnit výzkum v oblastech od biologie po umělou inteligenci.

Identifikace mozkových buněk

Stan Kerstjens, postdoktorandský výzkumník v laboratoři profesora Anthonyho Zadora, vysvětluje výzvu z hlediska pozičních informací. „Jediné, co buňka ‚vidí‘, je sama sebe a své sousedy,“ vysvětluje. „Ale její osud závisí na tom, kde se nachází. Buňka na špatném místě se stane špatnou věcí a mozek se nevyvine správně. Takže každá buňka musí vyřešit dvě otázky: Kde jsem? A kým se potřebuji stát?“

Nová teorie vývoje mozku

Ve studii publikované v časopise Neuron navrhují Kerstjens, Zador a spolupracovníci z Harvard University a ETH Zürich novou teorii popisující, jak dosahuje vyvíjející se mozek této pozoruhodné úrovně organizace.

Překonání chemických signálů

Po desetiletí vědci věřili, že buňky komunikují poziční informace prostřednictvím chemických signálů. Podle Kerstjense tato vysvětlení fungují dobře v relativně malých systémech s omezeným počtem buněk. Vyvíjející se mozek však obsahuje miliardy neuronů, které musí každá dorazit na správné místo. Protože chemické signály slábnou, jak cestují, vědci dlouho přemýšleli, jak buňky umístěné hluboko v rostoucím mozku mohou přesně určit, kde jsou.

Model založený na linii

Kerstjens naznačuje, že část odpovědi může pocházet z procesu, který připomíná způsob, jakým se lidské populace šíří po generacích. „Zvažte, jak se lidské populace šíří po zemi po generacích,“ říká. „Potomci se usazují blízko svých rodičů, takže lidé, kteří sdílejí předky, končí v sousedních regionech, což vytváří rozsáhlé geografické struktury bez dlouhodobé komunikace. Tvrdíme, že podobný princip funguje ve vyvíjejícím se mozku. Buňky, které pocházejí od stejného progenitora, mají tendenci zůstat blízko sebe.“

Testování modelu

Aby tuto myšlenku prozkoumali, vyvinuli vědci to, co popisují jako „model založený na linii škálovatelné poziční informace“. Nejprve použili teoretické výpočty k prozkoumání, zda by koncept mohl fungovat. Poté zkoumali vzory genové exprese ve vyvíjejících se mozcích myší, zkoumající jak jednotlivé buňky, tak větší buněčné skupiny. Nakonec testovali model na zebřičkách a zjistili podobné výsledky, což naznačuje, že mechanismus může fungovat napříč mozky různých velikostí.

Dopady na biologii a umělou inteligenci

Zatímco výzkum se zaměřuje na mozek, Kerstjens říká, že základní princip by mohl platit pro mnoho dalších vyvíjejících se tkání, včetně nádorů. Teorie může mít také význam pro budoucí samoreplikující se AI systémy. Stejně jako mozkové buňky mohou dědit informace napříč generacemi buněk, budoucí AI modely, které předávají informace z jedné generace na druhou, by mohly potenciálně spoléhat na podobné organizační principy.

Význam pro pochopení inteligence

Možná nejvýznamnější implikací je, co by práce mohla odhalit o samotné inteligenci. Pochopení, jak se jediná buňka vyvine do vysoce organizovaného mozku, může pomoci vědcům odpovědět na některé z nejhlubších otázek o mysli. „Mozek nás nějakým způsobem činí inteligentními,“ říká Kerstjens. „Jak se mu podařilo tuto schopnost akumulovat, nejen během svého vývojového času, ale i během evolučního času? Toto je jeden kousek v tom velkém puzzle.“

Mohlo by vás zajímat

Původní článek: Scientists discover how a single cell builds a brain with 170 billion cells

Nejčastější dotazy

Jakým způsobem jediná buňka vytváří mozek?

Jediná buňka vytváří mozek tím, že se dělí a vytváří další buňky, které se organizují podle svého rodokmenu. Buňky, které pocházejí od stejného předka, zůstávají blízko sebe, což napomáhá efektivnímu uspořádání neuronů.

Kolik buněk obsahuje lidský mozek?

Lidský mozek obsahuje přibližně 170 miliard buněk, což zahrnuje neurony a podpůrné buňky. Tyto buňky spolupracují a vytvářejí složitou síť, která je základem našeho myšlení a chování.

Jaké jsou hlavní otázky v oblasti vývojové neurovědy?

Mezi hlavní otázky v oblasti vývojové neurovědy patří, jak se buňky organizují a jaké mechanismy řídí jejich vývoj a specializaci. Vědci se také zajímají o to, jak tyto procesy ovlivňují funkci mozku a jeho schopnost učení.