To ciekawe, że zmieniając miejsce zamieszkania, przygodę z nowym domem zwykle rozpoczynamy od potykania się o schody lub narzekania na złe rozmieszczenie włączników od światła.
Z czasem uczucie rozterki mija, a jego miejsce zajmuje tak zwane przyzwyczajenie. Niby sprawa oczywista, ale do niedawna nie było wiadomo, na czym to przyzwyczajenie polega. Jak udowodnili tegoroczni nobliści w dziedzinie medycyny i fizjologii, istnieje grupa komórek w jednej z najbardziej pierwotnych części naszych mózgów, odpowiadających za tworzenie trójwymiarowej mapy otoczenia. To one pozwalają nam odnajdować się w ciemnych pomieszczeniach i bezpiecznie trafić pod kołdrę. Nawet po ciemku.
O ludziach i szczurach
Z góry zakładamy, że człowiek jako istota inteligentna jest w stanie wstać rano, niemal bezwiednie udać się do łazienki i przygotować się do wyjścia z domu. Potem wie, którędy pójść do pracy i mniej więcej orientuje się, na które piętro trzeba wejść lub wjechać windą. Przecież odpowiadają za to nasze olbrzymie, super-pofałdowane mózgi.
Co innego szczury. Niby inteligentne, świetnie pokonują labirynty i potrafią znaleźć wyjście niemal z każdej sytuacji. Bez tego przecież dawno by wyginęły i nie mielibyśmy okazów do pracy w laboratoriach. A jednak ich mózgi są bardzo małe w porównaniu z naszymi.
Jako pierwszy zastanawiał się nad tym brytyjski uczony amerykańskiego pochodzenia, John O’Keefe. Pod koniec lat sześćdziesiątych XX w. pracował nad metodą wszczepiania mikroskopijnych elektrod do rdzenia kręgowego szczurów, co przy odpowiednim wzmocnieniu pozwalało odczytywać impulsy pochodzące z pojedynczych włókien nerwowych. W międzyczasie postawił hipotezę, że część mózgu szczura zwana hipokampem może odpowiadać za orientację w przestrzeni i postanowił to sprawdzić. Skonstruowano miniaturową macierz ośmiu elektrod zamocowanych przy pomocy cementu dentystycznego do czaszki szczura i połączono ją z płytką sterującą, na której znajdował się niewielki, tranzystorowy przedwzmacniacz. Elektrody można było wykorzystywać parami, a ich średnica pozwalała odbierać impulsy z pojedynczych komórek nerwowych. Sterowanie położeniem elektrod odbywało się za pomocą śrubek, których obrót zmieniał położenie elektrody w mózgu szczura. Był rok 1969.
Wyniki tego eksperymentu mogą zaskakiwać nawet dzisiaj. O’Keefe ustalił, że w obszarze hipokampa istnieje grupa komórek odpowiedzialnych (dosłownie) za budowanie przestrzennej mapy otoczenia. Szczury biegały swobodnie po laboratorium, a ich mózgi analizowały skoordynowane informacje zmysłowe, zapisując detale pomieszczenia w postaci pobudzeń konkretnych komórek nerwowych hipokampa.
Hipokamp to jedna z najstarszych ewolucyjnie części mózgowia, również ludzkiego. Mówi się, że odpowiada między innymi za pamięć. Teraz dodatkowo wiemy, dlaczego zmiana położenia tubki z pastą do zębów, nawet o kilka centymetrów, wywołuje problem z jej znalezieniem.
Skręć w prawo… Zawróć!
Całkiem niedawno, bo w roku 2004, norwescy neurobiolodzy, May-Brit Moser i Edvard Moser zajęli się badaniem połączeń pomiędzy odkrytymi przez O’Keefe komórkami a innymi elementami mózgowia.
Wiadomo było, że odpowiadają one za mapowanie otoczenia, natomiast pozostawało kwestią otwartą, w jaki sposób mózg radzi sobie z wytyczaniem właściwej trasy z punktu A do B. Badania przebiegu impulsów nerwowych doprowadziły naukowców do kory przedwęchowej, położonej nieco powyżej hipokampa. Tak samo u szczurów i u ludzi. Zakręt obręczy, bo to główna część tej właśnie okolicy (gyrus cinguli; enthorhinal cortex), jak się okazało, odpowiada za koordynowanie impulsów pochodzących z „komórek miejsca”, bo tak je określono na potrzeby eksperymentu, położonych w hipokampie. Wzorzec impulsów nerwowych w obu współpracujących układach, badany na szczurach poruszających się w heksagonalnych pomieszczeniach, zdawał się dokładnie obrazować drogę, jaką zwierzę przebywało w przestrzeni. Komórki te nazwano „komórkami siatki” (grid cells), a cały opisany układ zyskał miano „mózgowego GPS-u”.
Nobel i Alzheimer
Dla wielu decyzja komitetu noblowskiego była nie lada zaskoczeniem, ponieważ nagrodę przyznano nie za wybitne osiągnięcia w leczeniu chorób, ale za odkrycie mechanizmu fizjologicznego na modelu zwierzęcym. Jak się jednak okazało, choć tym razem bez wbijania elektrod w czaszkę, ten sam system pracuje u człowieka w bardzo podobny sposób.
Jest coś jeszcze. Komórki miejsca i komórki siatki śródmózgowia są jednymi z pierwszych, które ulegają destrukcji w chorobach neurozwyrodnieniowych. Takich jak choroba Alzheimera. Może nie nauczyliśmy się cofać jej skutków, ale teraz przynajmniej wiadomo, dlaczego osoby zapadające na Alzheimera, szczególnie w początkowych stadiach, doświadczają przykrego uczucia zagubienia we własnym domu.
Tomasz Dawidziuk
doktorant
Zakład Patomorfologii Lekarskiej UMB
