Nové studie zaměřené na mozkové organoidy naznačují, že náš nervový systém má vrozenou „startovní architekturu“, která se vyvíjí ještě před tím, než jakékoli podněty začnou ovlivňovat naše formování.

Rodíme se s předinstalovaným softwarem

Může se zdát, že se rodíme jako čistá tabula rasa. Vnímáme okolí, absorbujeme informace a získáváme zkušenosti nezbytné pro orientaci ve světě. To je částečně pravda, ale ne úplně — člověk nezačíná od nuly, ale s „preinstalovanými“ továrními nastaveními. Výzkumníci je popisují jako vzorce aktivity, které se vytvářejí ještě před tím, než se objeví první smyslové podněty.

Mozek s vlastním operačním systémem

Tento článek by měl přečíst každý novopečený rodič, který má dojem, že nově narozené dítě může být formováno od základů jako plastelína. Objevy týmu z Kalifornské univerzity odhalují, jak vypadá nejranější elektrická aktivita ve vyvíjejícím se mozku. Aby toho dosáhli, vědci použili mozkové organoidy, trojrozměrné struktury sestavené z lidských kmenových buněk – dá se říci, že jde o miniaturizované modely mozkové tkáně.

Analýza těchto organoidů ukázala, že jsou schopny generovat sekvence výbojů připomínajících ty, které vytvářejí základy zpracování informací v dospělém mozku — a to bez jakýchkoli vnějších podnětů. Vědci ve své nové publikaci uvádějí, že byly pozorovány charakteristické vzorce, známé z takzvaného výchozího režimu – sítě aktivity, která tvoří základ pro pozdější příjem a interpretaci signálů z okolí.

Vrozený plán činnosti

Zajímavé je, že tyto jevy se objevily nejen v lidských organoidích, ale také v myších modelech a v částech kůry novorozených hlodavců. Na tomto základě vědci tvrdí, že mozek disponuje něčím jako vrozeným plánem činnosti, který se aktivuje bez zapojení smyslů. Použitím nerdovské terminologie to vypadá, jako bychom se rodili s nějakou systémovou vrstvou — to, zda bude androidní nebo iosová, se utváří později.

Genetické programování a diagnostika nemocí

Nové objevy částečně zpochybňují teorie některých badatelů, kteří tvrdili, že mozek vytváří sekvence neuronálních výbojů teprve po zpracování prvních podnětů, tedy obrazů, zvuků či vůní. Očividně to nezpochybňuje učení prostřednictvím zkušeností, ale dokazuje, že existuje něco jako vrozená architektura mozku — a to nejen u lidí, ale i u jiných druhů.

„Tyto buňky zjevně interagují mezi sebou a vytvářejí okruhy, které se spontánně formují, než začneme zažívat cokoliv z vnějšího světa. Existuje určitý operační systém, který se objevuje v primárním stavu. V mém laboratoři pěstujeme mozkové organoidy, abychom nahlédli do této primární verze operačního systému mozku a zkoumali, jak se vytváří, předtím než je utvářen smyslovými podněty,“ říká profesor Tal Sharf, hlavní autor studie.

Studie také zdůraznila, že pro vznik přirozených časových sekvencí je nutné usazení buněk v komplexnějším, trojrozměrném uspořádání — takovém, jaké se vytváří ve skutečné kůře mozkové. Vědci tedy tvrdí, že to nejen dokazuje význam prostorové organizace mozku, ale rovněž naznačuje, že organoidy mohou odrážet klíčové fáze vývoje neuronů.

Budoucí aplikace výzkumu

Ale co to znamená pro nás a pro „budoucí lidi“? Tyto pozorování především otevírají cestu novým výzkumům neurologických poruch a mohou také umožnit identifikaci některých typů onemocnění. Pokud jsou totiž nejranější vzorce aktivity geneticky naprogramovány, pak díky organoidům bude možné testovat vliv toxinů, analyzovat mechanismy nemocí a vyvíjet terapie v předchozí fázi, která byla dříve nedostupná k pozorování.