Typy do nobla z 2014: 1. Lek na raka piersi 2. Mechanizm

Typy do nobla z 2014: 1. Lek na raka piersi 2. Mechanizm

Typy do nobla z 2014:
1. Lek na raka piersi
2. Mechanizm odczuwania bólu
3. Geny supresorowe
Prof. John O’Keefe:
John O’Keefe amerykańsko-brytyjski neurobiolog, profesor University College London Jest
absolwentem studiów doktoranckich w zakresie psychologii fizjologicznej
Prof. May Britt i prof. Edvard Moserowie- uczniowie prof. John O’Keefe
Edvard I. Moser
norweski neurofizjolog, profesor Norweskiego Uniwersytetu Nauki i
Technologii w Trondheim, Jest absolwentem studiów doktoranckich w zakresie
neurofizjologii na Uniwersytecie w Oslo z 1995 roku.
May-Britt Moser – norweska neurofizjolog i neurolog, pracownica Norweskiego
Uniwersytetu Nauki i Technologii w Trondheim. Studiowała psychologię na Uniwersytecie w
Oslo, jest absolwentką studiów doktoranckich w zakresie neurofizjologii. May-Britt i Edvard
Moserowie są piątym w historii małżeństwem nagrodzonym Nagrodą Nobla.
Hipokamp
element układu limbicznego odpowiedzialny głównie za pamięć; nieduża
struktura umieszczona w płacie skroniowym kory mózgowej kresomózgowia. Hipokamp
odgrywa ważną rolę w przenoszeniu (konsolidacji) informacji z pamięci krótkotrwałej do
pamięci długotrwałej oraz orientacji przestrzennej. Stwierdzono doświadczalnie, że
uszkodzenie hipokampu w znacznym stopniu upośledza u zwierząt zdolności uczenia się.
Człowiek i inne ssaki posiadają dwa hipokampy, po jednym na każdą połowę mózgu.
Składa się ze stopy, koryta i strzępka. Formacja hipokampa jest terminem szerszym i oprócz
samego hipokampa obejmuje również zakręt zębaty i korę śródwęchową.
Kora śródwęchowa jest położona w obszarze płata skroniowego, a u ssaków, które go nie
posiadają, występuje w części tylno-brzuszno-przyśrodkowej kresomózgowia. Jest ściśle
powiązana anatomicznie i funkcjonalnie z formacją hipokampa, a także ze strukturami
węchowymi kresomózgowia, ciałem migdałowatym oraz obszarami kory asocjacyjnej. Pełni
funkcje
związane
z
procesami
pamięciowymi,
przetwarzaniem
węchowym,
a
prawdopodobnie także z innymi procesami
Budowa
Kora śródwęchowa składa się z sześciu warstw. Ze względu na różnice w budowie
cytoarchitektonicznej, ale także różnice w połączeniach i fizjologii, kora śródwęchowa jest na
ogół dzielona na dwie części – boczną i przyśrodkową korę śródwęchową.
Udział w zachowaniu
Kora śródwęchowa, jako struktura związana anatomicznie i czynnościowo z formacją
hipokampa, jest uważana za kluczową część zaangażowaną w funkcjonowanie niektórych
form pamięci, takich jak pamięć przestrzenna lub pamięć epizodyczna. Jak do tej pory jej
wkład w te procesy nie jest jednoznaczny i wymaga gruntownych badań, ponieważ wyniki
doświadczeń zarówno na gryzoniach, jak i na małpach, są niejasne. Wydaje się, że kora
śródwęchowa jest zaangażowana w subtelne formy rozumowania, co wykazano w badaniach
na małpach za pomocą odpowiednich testów.
Udział w procesach patologicznych
Padaczka
Od dłuższego czasu wiadomo, że wzmożona plastyczność struktur płata skroniowego, która
prawdopodobnie jest czynnikiem umożliwiającym sprawne zapamiętywanie, prowadzić może
także do powstawania nadmiernego pobudzenia w układzie nerwowym. Procesem
patologicznym bazującym na tej właściwości jest padaczka, która może rozwinąć się właśnie
w korze śródwęchowej i obszarach z nią połączonych. Nazywana jest wtedy padaczką
skroniową. Jest to często lekooporna forma choroby.
Choroba Alzheimera
W chorobie Alzheimera, chorobie neurodegeneracyjnej, w której ulega powolnej degeneracji
znaczna część mózgu, kora śródwęchowa jest jedną z pierwszych zaatakowanych struktur.
Wydaje się, że pierwszym obszarem, który zostaje dotknięty degeneracją w tej chorobie jest
wyróżniona tylko u naczelnych kora transentorynalna, sąsiadująca bocznie z korą
śródwęchową. Potem dołączają struktury formacji hipokampa i przylegające obszary korowe,
w tym kora śródwęchowa. Z racji zaangażowania tych pól korowych w funkcje pamięciowe i
węchowe, jednymi z pierwszych zauważalnych patologicznych objawów w przebiegu
choroby Alzheimera są zaburzenia pamięci oraz anosmia (utrata powonienia).
Schizofrenia
Zmiany neuropatologiczne u zmarłych schizofreników były w obszarze kory śródwęchowej
wykrywane ze zmiennym powodzeniem i ich rzeczywiste występowanie jest dyskusyjne (a
dotyczy głównie różnic w rozmieszczeniu subpopulacji interneuronów GABAergicznych).
Natomiast z pewnych badań rozwojowych u zwierząt wiadomo, że wczesne uszkodzenia kory
śródwęchowej (podobnie jak uszkodzenia formacji hipokampa) prowadzą w wieku dorosłym
do zaburzeń poznawczych przypominających schizofrenię u zwierząt.
RYS HISTORYCZNY
Czy nie zastanawiało Was nigdy, w jaki sposób we własnym domu jesteśmy w stanie
po ciemku dotrzeć do każdego pomieszczenia? Skąd wiemy, że łóżko jest akurat w tym
konkretnym miejscu? A także skąd wiemy jak dotrzeć w konkretne miejsce? Np. jeżeli bym
teraz chciała pójść do sali komputerowej na naszym wydziale, wiem, że muszę wejść na
drugie piętro i skręcić w korytarz. Jak również zdajemy sobie sprawę, która ścieżka jest
najbardziej optymalna. Jeżeli się spieszymy wybieramy najkrótszą, jak chcemy się cieszyć
spacerem to znajdujemy drogę, która będzie nas zachwycać swoim widokiem.
Nad kwestią poruszania i odnajdywania się w przestrzeni zastanowiono się już w
starożytności. Jednak pierwsze spostrzeżenie ściśle związane z takimi umiejętnościami
zostało postawione w XVIII wieku, przez niemieckiego filozofa Immanuela Kanta, który to
powiedział, że pewne zdolności nie są związane ze zdobytym doświadczeniem. Uważał, że
umiejętność określenia położenia jest jedną z tych wrodzonych zdolności, dzięki którym
potrafimy postrzegać świat zewnętrzny oraz w nim żyć.
Następną osobą, której nazwisko warto zapamiętać w procesie odkrycia systemu GPS
w mózgu jest amerykański psycholog Edward Tolman.
Stwierdził, że zwierzęta mogą doświadczać pewnego rodzaju związku pomiędzy
miejscami, a zdarzeniami, oraz że ciągła eksploracja otoczenia skutkuje w tworzenie się mapy
poznawczej, umożliwiającej poruszanie się oraz odnajdywanie optymalnej ścieżki w danym
otoczeniu. Tolman tym samym sprzeciwił się ogólnie przyjętemu w tamtych latach
poglądowi, że zdolności nawigacyjne pochodzą tylko od bodźców czuciowo-motorycznych.
Do odkrycia O’Keefe’go w 1971 roku potrzebna była aparatura pomiarowa dająca
możliwość rejestracji sygnałów w komórkach mózgowych u swobodnie poruszających się
obiektów. Dzięki swoim badaniom na szczurach odkrył w ich mózgach tak zwane komórki
miejsca. Należy pamiętać, że O’Keefe nie pracował nad tym zagadnieniem sam, towarzyszyło
mu mnóstwo kolegów jak i oponentów.
Małżeństwo Moserów zajmowało się badaniem hipokampu już od lat 90. XX wieku.
Ich dociekliwość doprowadziła do kolejnego wielkiego odkrycia – komórek siatkowych
znajdujących się w korze śródwęchowej w mózgu. Dlaczego odkrycie tych komórek wiąże się
z taką sensacją? Stało się tak dlatego, że funkcje nowo poznanych komórek znacząco różniły
się od tego co w tamtych czasach wiedziano na temat pracy mózgu.
...
ODKRYCIE KOMÓREK MIEJSCA U SZCZURÓW
W jaki sposób doszło do samego odkrycia tych niezwykłych komórek? John O’Keefe
od samego początku kariery interesował się związkiem pomiędzy fizjologią organizmu, a jego
zachowaniem. Zainteresowanie psychologią wywodziło się z jego kontaktów z Ronaldem
Melzackiem, którego poznał na McGill University. Po przeniesieniu do innego laboratorium,
John O’Keefe rozpoczął badania nad zachowaniem się zwierząt w konkretnych warunkach.
Nie był pierwszym, który podjął się takich eksperymentów. Niemniej jednak jego podejście
było innowacyjne. Rejestracja sygnału z neuronów następowała u swobodnie poruszających
się szczurów. A nie tak jak to do tej pory miało miejsce. W tamtych czasach praktykowano
raczej podawanie bodźca zewnętrznego i szukania reakcji w mózgu. Skutkowało to
odkryciem komórek miejsca.
W jaki sposób działają te komórki? Aktywność następowała w pojedynczych
miejscach i tylko wtedy, gdy szczur znajdował się w odpowiednim położeniu. O’Keefe
postarał się o zmienność środowisk, a także testował różne możliwości ścieżek dla zwierząt,
dzięki czemu wykazał, że sygnał odzwierciedla nie tylko aktywność neuronów czuciowych,
ale również w hipokampie tworzy się coś na kształt mapy otoczenia.
Razem ze swoimi współpracownikami O’Keefe udowodnił, że hipokamp może
zawierać wiele takich map, reprezentowanych przez różne komórki miejsca. Konkretne serie
kombinacji reprezentują niepowtarzalne środowisko, co oznacza, że komórki miejsca
posiadają funkcje pamięciowe, a także w pewnych warunkach są zaangażowane w pomiar
odległości.
Oczywiście jak to zwykle bywa z wielkimi odkryciami, O’Keefe spotkał się ze
sceptycyzmem. Niemniej jednak szybko przekonano się do istnienia tych konkretnych
komórek. Badania naukowca pociągnęły za sobą mnóstwo innych osób.
Co jest na rysunku:
Komórki miejsca. Na prawo widzimy schemat szczura z zaznaczonym umiejscowieniem
komórek miejsca w hipokampie (kolor pomarańczowy). Szare pole oznacza otwartą
przestrzeń (nic nie rozpraszało uwagi szczura), po której poruszał się szczur. Komórki
miejsca dawały sygnał, gdy zwierzę znajdowało się w konkretnym położeniu w tym
otoczeniu. Kropki oznaczają położenie szczura, kiedy komórki miejsca były aktywne.
ODKRYCIE KOMÓREK SIATKOWYCH U SZCZURÓW
Dobrze, ale przecież nagroda Nobla została podzielona na dwie części. Połowa poszła
dla małżeństwa Moserów. Za co? Za kolejne ważne odkrycie. W latach 80 i 90. XX wieku
przeważała opinia, że mapa przestrzenna tworzona jest tylko i wyłącznie przez hipokamp.
Niemniej jednak młode małżeństwo podczas swoich studiów doktoranckich, które zajmowało
się badaniami nad hipokampem - zadali ważne pytanie: Czy istnieje możliwość, aby sygnał
pobudzający komórki miejsca pochodził spoza hipokampu?.
Badania, które prowadzili, w ostateczności pod okiem Johna O’Keefego, dowiodły, że
większość sygnału dociera do hipokampu z kory śródwęchowej, dokładnie przez zakręt
zębaty hipokampu. W 2002 roku Moserowie odkryli, że odłączenie możliwości przejścia
sygnału z kory śródwęchowej nie niweluje aktywności hipokampu. To przekonało ich do
poszukiwania wyspecjalizowanych komórek właśnie w tej korze. Ich zadanie miało polegać
na kodowaniu informacji w komórkach miejsca. Ich dociekliwość doprowadziła do odkrycia
komórek siatkowych w 2005 roku.
Zadziwiająca była ich aktywność. Działały w wielu miejscach na raz tworząc siatkę
heksagonalną. Komórki znajdujące się w tym samym obszarze kory śródwęchowej zachowują
tę samą aktywność w danej przestrzeni i orientacji siatki, ale pod różnym kątem, tak, że siatka
ta obejmuje każdy punkt w tym środowisku.
Moserowie odkryli, że odległość węzłów siatki zależą nie tylko od prostej
transformacji sygnałów czuciowych i motorycznych, ale również od złożonej aktywności
całej sieci. To był pierwszy raz, kiedy zaobserwowano strukturę siatkową w komórkach
mózgowych. System siatkowy zapewnił możliwość dodania jednostek metrycznych do mapy
przestrzennej w hipokampie.
Co więcej małżeństwo wykazało później, że komórki siatkowe osadzone są w
przyśrodkowej części kory śródwęchowej razem z komórkami head-direction i tzw.
komórkami ściany (border cells). Komórki head-direction zachowują się na zasadzie
kompasu, ich aktywność zwiększa się, gdy głowa zwierzęcia obraca się w jakimś konkretnym
kierunku. Natomiast komórki ściany aktywują się, gdy zwierzę wpada na ścianę. Co ciekawe
istnienie takich komórek przewidział O’Keefe w swoim modelu teoretycznym z 2000 roku.
Kolejne badania, w latach 2008-2014, pozwoliły na poznanie systemu koordynacji
bazującego na danych metrycznych i przestrzennych oraz ich identyfikację. Jest to przełom,
który otwiera drzwi dla badań nad zaawansowanym mechanizmem neuronowym bazującym
na funkcjach poznawczych przestrzeni.
Co jest na rysunku:
Komórki siatkowe są zlokalizowane w przyśrodkowej korze śródwęchowej. Pojedyncza
komórka „zapala się”, kiedy zwierzę osiągnie konkretną lokację w otoczeniu. Wszystko to
uporządkowane w siatkę heksagonalną
GPS MÓZGU U CZŁOWIEKA I DALSZE BADANIA
Zarówno, O’Keefe, jak i Moserowie, bazowali na badaniach przeprowadzonych na
szczurach. Niemniej jednak ich odkrycie zostało później potwierdzone nie tylko u ludzi, ale
również u większości kręgowców. Oznacza to, że system orientacji i nawigacji w przestrzeni
jest wydajny oraz trwały oraz został on utrwalony przez naturę w naszej ewolucji.
Ludzie posiadają wysoko rozwinięte struktury hipokampu oraz kory śródwęchowej, które
wiążą się z poznaniem otoczenia oraz pamięcią zdarzeń, tzw. pamięcią epizodyczną. W latach
50. XX wieku dwóch naukowców Scoville i Milner opublikowali raport na temat ich pacjenta
Henry’ego Molaisona, któremu usunięto operacyjnie obie części hipokampu, w ramach
leczenia epilepsji. Z ich obserwacji wynikało, że Pan Henry nie był w stanie tworzyć nowych
wspomnień, ale pamiętał wydarzenia sprzed operacji, tj. stracił pamięć epizodyczną.
Co prawda nie istnieje żaden dowód wprost, że to komórki miejsca kodują ten rodzaj pamięci,
ale wiadomym jest, że mogą one kodować nie tylko obecne położenie, ale również to w
którym zwierze się znajdowało i do którego zmierza.
PODSUMOWANIE
Odkrycie komórek siatkowych i miejsca spowodowało zmianę postrzegania, w jaki sposób
zespoły wyspecjalizowanych komórek współpracują ze sobą w celu osiągnięcia lepszych
funkcji poznawczych. Badania na temat procesów nawigacyjnych otworzyły ścieżkę do
poznania jak procesy poznawcze są przetwarzane w mózgu.
Podsumowując aktywność komórek miejsca może być odpowiedzialna nie tylko za
zdefiniowanie pozycji w otoczeniu w dowolnym czasie, ale również za pamięć o przeszłych
wydarzeniach i doświadczeniach w danym środowisku.