Стэнфордские биологи: мозг человека состоит из двух независимых нервных систем

Человеческий мозг устроен сложнее, чем принято считать даже в научной среде. Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета пришли к выводу, что этот орган представляет собой не монолитную структуру, а союз двух независимых нервных систем, возникших в процессе эволюции с разницей в сотни миллионов лет. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Neuroscience.

Ключевое открытие касается эмбрионального развития. Ранее господствовала модель, согласно которой весь мозг формируется из единого пула однотипных клеток-предшественников. Однако анализ эмбриогенеза показал: передняя и задняя части органа берут начало от разных клеточных популяций, которые развиваются параллельно и не смешиваются.

Первая группа клеток экспрессирует ген Otx2. Именно из нее образуются передний и средний мозг — отделы, сформировавшиеся в ходе эволюции позвоночных. Эти структуры отвечают за абстрактное мышление, математические вычисления, поэзию и рефлексию о собственном происхождении. Проще говоря, за все то, что делает нас людьми.

Вторая популяция связана с геном Gbx2. Она формирует ромбовидный мозг и его ствол — эволюционно более раннюю нервную систему, унаследованную от древних беспозвоночных предков. Эта часть работает в автономном режиме и контролирует базовые физиологические функции:

• регуляцию частоты сердечных сокращений;
• дыхательный ритм;
• управление мышечными сокращениями при глотании.

При развитии эмбриона две клеточные линии следуют параллельными путями и лишь затем сливаются в общую конструкцию. Их функции не взаимозаменяемы — центральный орган управления телом оказывается физиологическим гибридом двух систем с собственным происхождением.

У открытия есть и сугубо прикладное измерение. Долгое время специалистам не удавалось культивировать нейроны заднего мозга in vitro, что серьезно ограничивало изучение патологий ствола. Теперь, понимая специфику клеток-предшественников, биологи могут направленно синтезировать эти нейроны в лаборатории. Это открывает базу для анализа механизмов таких заболеваний, 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. Иными словами, речь идет не о частном случае, а о фундаментальном принципе, который перекраивает привычные представления о том, как устроен человеческий мозг.