R. Douglas Fields
DRUGI MÓZG

Rozdział 13

Umysł drugiego mózgu: komórki glejowe kontrolują umysł świadomy i nieświadomy

Minęło ponad sto lat od chwili, gdy Ramón y Cajal rozwikłał zagadkę skomplikowanej struktury mikroskopijnych komórek nerwowych niewidocznych we wnętrzu tkanki mózgowej i genialnym wejrzeniem stworzył doktrynę neuronów. Doktryna ta stworzyła solidne podwa­liny, na których oparli swe badania naukowcy w kolejnym stuleciu, próbujący zrozumieć, jak działa mózg. Ale gdy Ramón y Cajal badał tajemniczą strukturę tkanki mózgowej, widział, że jest ona upchana wieloma komórkami, które z całą pewnością nie miały nic wspólnego z neuronami. W rzeczywistości komórek tych było w mózgu znacznie więcej niż neuronów. Ramón y Cajal nie mógł zrozumieć tych dziwnych i zróżnicowanych komórek, zastanawiał się jedynie nad ich kształtem i rozmieszczeniem w mózgu, gdy spoglądał w mikroskop i precyzyjnie szkicował je naostrzonym ołówkiem.

U progu dwudziestego wieku budowę komórkową mózgu porów­nywano do muru z cegieł. Cegły (neurony) były utrzymywane we wła­ściwym położeniu spajającą zaprawą (glej nerwowy, czyli „nerwowy klej”), która służyła potrzebom neuronów w zdrowiu i chorobie. Rzeczą ciekawą w owej koncepcji ceglanego muru było to, że zaprawa stanowiła 85 procent jego struktury, a dekorowały ją plamy zanurzonych w niej cegieł, zajmując pozostałe 15 procent. W każdym razie tak zdecydowali się to widzieć ówcześni naukowcy i lekarze.

Pod koniec dwudziestego wieku Marian Diamond, szukając w skra­dzionym mózgu Einsteina rozwiązania zagadki jego geniuszu, nie znalazła go w komórkach nerwowych, ale gdy katalogowała komórki do swego spisu inwentarza, uderzyła ją niezwykle duża liczba komórek glejowych. Czy był to pozbawiony znaczenia zbieg okoliczności, czy może podpowiedź, że komórki glejowe robią o wiele więcej, niż ktokolwiek mógłby przypuszczać? Czy to możliwe, aby wybitny mózg Einsteina nawet po śmierci stał się latarnią oświetlającą nauce drogę ku czemuś niewyobrażalnemu?

Ja sam miałem podobnie kłopotliwy, choć w innej skali, problem w moim laboratorium. Widziałem komórki Schwanna, wypełnione barwnikiem rozbłyskującym światłem pod wpływem napływających do ich cytoplazmy jonów wapnia, świecące jasno, gdy pobudziliśmy akson do wytwarzania impulsów elektrycznych. Dlaczego izolacja elek­tryczna na przewodach nerwowych odpowiadała na sygnały elektryczne biegnące przez przewody?

Naukowcy dopiero w ciągu kilku minionych lat zaczęli zapuszczać się w głąb drugiego mózgu, a dokonane w trakcie tej wędrówki odkrycia o fundamentalnym znaczeniu rzucają wyzwanie naszym wcześniejszym wyobrażeniom o tym, jak funkcjonuje mózg. Bez wątpienia neurony stanowią tylko połowę opowieści, ale gdzie jest druga połowa? Komórki glejowe mogłyby uczestniczyć w prawidłowym funkcjonowaniu mózgu, ale czy tak jest? Czy komórki glejowe mają swój udział w myśleniu i pa­mięci? Czy informacje przechodzą z „mózgu neuronalnego” do „drugiego mózgu”, gdzie są przetwarzane wewnątrz obwodów komórek glejowych następnie prowadzą neuronalne przetwarzanie informacji w sposób niedostępny dla łańcuchów neuronów połączonych w serie przy użyciu połączeń synaptycznych?

Wyniki nowych badań naukowych wskazujące, że w mózgach osób z niektórymi zaburzeniami psychicznymi, takimi jak schizofrenia, depresja i zaburzenia lękowe, występują nieprawidłowości komórek glejowych, stanowią istotny dowód, że dysfunkcyjne komórki glejowe mogą w pewnych okolicznościach zasiać ziarno choroby psychicznej. A ekstrapolując, czy nie sugeruje to równocześnie możliwości udzia­łu komórek glejowych w myślach i funkcji zdrowego umysłu. Fakt, że komórki glejowe potrafią wykryć przepływ informacji w obwodach neuronalnych i wywierać nań wpływ, w połączeniu z wiedzą o zdolno­ści komórek glejowych do komunikowania się między sobą, odkrywa nowy świat możliwości dla przetwarzania informacji komórkowych w naszej głowie.

W jaki sposób zgłębienie tajemnic komórek glejowych zmieni nasze pojęcie o tym, jak działa mózg? Czy eksploracja drugiego mózgu może rzucić nowe światło na sekrety pracy ludzkiego umysłu? Czy komórki glejowe pełnią funkcję nie tylko obsługi neuronów, ale mogą też poruszać nasz świadomy, a może również nieświadomy umysł?

Ciągle o komórkach glejowych wiemy niewiele. Nawet podstawowe fakty, takie jak te, ile jest rodzajów komórek glejowych, skąd pochodzą w okresie rozwoju i jak różne komórki glejowe dokładnie wyglądają, nie są znane. Prosty fakt jest taki, że niewielu studentów wchodzi w świat nauki o układzie nerwowym z zamiarem zajmowania się komórkami nieneuronalnymi. Co gorsza, badania biologów gleju są często lekceważone, ze względu na ogólnie panujące przekona­nie, że jedynymi ważnymi dla przetwarzania w mózgu informacji komórkami są neurony. W rezultacie badania naukowe drugiego mózgu są opóźnione o sto lat w stosunku do badań nad mózgiem neuronalnym.

Spadające gwiazdy

Nawet podstawowe fakty dotyczące tego, jak wyglądają komórki glejowe i jak wiele typów komórek glejowych występuje w mózgu, nie są znane. Jako jaskrawy przykład można przytoczyć, że naukowcom wydawało się, że wiedzą, jak wyglądają astrocyty aż do roku 2001, kiedy to Mark Ellisman i jego były student opublikowali poświęcony tym komórkom artykuł, ukazujący prawdziwe oblicze astrocytów.

Ellisman jest energicznym mężczyzną o sztywnych włosach, który w latach dziewięćdziesiątych zbudował i nadal prowadzi jeden z najno­wocześniejszych w kraju ośrodków badań komórkowej i subkomórkowej struktury mózgu wyposażony w mikroskopy świetlne i wysokonapię­ciowe mikroskopy elektronowe ze wzmacniaczami wykorzystującymi moc superkomputerów. Ellisman, technologiczny narkoman, zawsze ma w fantazyjnym etui przy pasku najnowszy gadżet elektroniczny, naszpikowany elektronicznymi cudeńkami, które wkrótce staną się szczytem mody przemysłu elektronicznego. Pierwszy iPod, jaki zobaczyłem w życiu, wyskoczył, odbijając się jak kangurzątko, z kieszeni Marka pewnego wieczoru po obiedzie w moim domu.

Mark był promotorem mojego doktoratu na Uniwersytecie Kalifor­nijskim w San Diego w pierwszej połowie lat osiemdziesiątych i bardzo się ucieszyłem, gdy zgodził się wziąć udział w sympozjum poświęco­nym interakcjom neuronów i komórek glejowych, które organizowałem w roku 2001. Nie byłem pewien, o czym będzie mówił, ale wiedziałem, że jego olśniewające wizualnie wykłady rozpalą tłum i wprowadzą sym­pozjum na wysoką trajektorię. Nie rozczarował, zaskakując słuchaczy trójwymiarowymi obrazami i filmami przygodowymi z wnętrza mózgu. Wykorzystał motyw podróży powers of ten (podróż w skali logarytmicz­nej przedstawiona w filmie dokumentalnym pod tym tytułem z 1968 roku w reżyserii Charlesa i Ray Eamesów), która zaczyna się od wejścia do wnętrza neuronu i cząsteczek, dzięki którym działa. A następnie, zwiększając skalę powiększenia, przemknęliśmy obok synapsy, gdy wystrzeliła z niej podobna do kłębiącego się pióropusza chmura cząsteczek neuroprzekaźnika. Przedzierając się przez gąszcz synaps i dendrytów, przyspieszyliśmy po schodach struktur anatomicznych i mijając komórki glejowe, uciekliśmy przez ujście gruczołu potowego u korzenia włosa na skórę czaszki. Jeżeli widzieliście film Podziemny krąg Finchera, to ten był podobny: oparty na autentycznych danych naukowych, opracowa­nych przy użyciu superkomputerów i zmontowany w sekwencję wideo przenoszącą widza w podróż rzucającą wyzwanie wyobraźni.

Na zakończenie filmu Ellisman pokazał kolekcję slajdów 3-D ukazu­jących w najdrobniejszych szczegółach budowę astrocytów. Spojrzałem na publiczność sparaliżowaną przerażeniem i nie mogłem powstrzymać śmiechu na widok absurdalności tej sceny, w której 150 najlepszych neurobiologów świata, wszyscy w okularach 3-D, siedzi jak dzieci oglądające horror w 3-D w hipnotycznym napięciu wpatrzone w ekran. A potem, również w projekcji 3-D, pokazał publiczności coś, czego nikt wcześniej nie widział; jak naprawdę wygląda astrocyt hipokampa, części mózgu o kluczowym znaczeniu dla pamięci.

Aż do tamtej chwili anatomowie stosowali różne metody barwienia, by uwidocznić w tkance mózgowej astrocyty. Ponieważ włókniste białko tych komórek wyjątkowo dobrze chłonie barwniki, astrocyty można było bardzo łatwo rozpoznać dzięki ich gwiaździstej strukturze, której zawdzięczają swą nazwę. Zamiast używać barwnika, Ellisman i jego współpracownicy przekłuli astrocyty w hipokampie szczura szklaną kapilarą i wypełnili komórki substancją fluorescencyjną. Zobaczyli, że wszystkie dotychczasowe obrazy astrocytów przedstawiały zaledwie coś, co było ich duchem, w zasadzie szkieletem, dlatego że barwniki, którymi posługiwali się naukowcy, uwydatniały wyłącznie ich włóknisty szkielet. Astrocyty w ogóle nie przypominały gwiazd, były krzaczaste jak włosy na głowie Ellismana i mniej więcej dwa razy większe, niż wydawały się wybarwione w taki sposób, że widać było wyłącznie ich wewnętrzny szkielet. Po raz kolejny Natura zakpiła sobie z naukowców, którzy nadali komórkom nazwę nieodpowiadającą rzeczywistości, a stanowiącą relikt niedoskonałego barwienia.

Ku jeszcze większemu zaskoczeniu, przedstawione obrazy ukazywały te olbrzymie, krzaczaste komórki układające się w hipokampie w formie dachówek. Astrocyty nie były beznadziejnie poplątane, jak to się mogło wydawać, jeśli spojrzeć na ich formę gwiaździstą, przeciwnie, każdy astrocyt zajmował w mózgu swe własne, odrębne terytorium. Śledząc szczegółowo przebieg każdej cienkiej gałązki, Ellisman przekonał się, że żaden astrocyt nigdy nie zapuszcza najdrobniejszego pędu w gąszcz sąsia­da. Ta część mózgu (potem okazało się, że dotyczy to większości obszaru mózgu) podzielona była na sektory, z których każdy stanowił wyłączną domenę pojedynczego astrocytu. Ellisman, zapytany na zakończenie prezentacji o funkcjonalne znaczenie takiego układu anatomicznego, odpowiedział z kpiącym uśmiechem, że nie wie, i nieco dwuznacznie dodał, że na pewno zainteresuje to publiczność.

I rzeczywiście, dlaczego hipokamp pocięty został na domeny rządzone przez astrocyty? Czyżby te komórki glejowe segregowały i kontrolowały obwody neuronalne w części mózgu tak istotnej dla pamięci? Ukazały się nowe wyniki badań przemawiające za słusznością tej hipotezy, a większość z nich oparta jest na niedawnych odkryciach. Zanim zajmiemy się ewentualnym udziałem komórek glejowych w naszych świadomych funkcjach intelektualnych i pamięci, rozważymy bardziej tajemniczą cechę wynikającą z właściwości drugiego mózgu, której nie posiada mózg neuronalny. Jak wyjaśniłem, drugi mózg nie komunikuje się za pomocą elektryczności. Fakt ten, kompletnie niezgodny z dotychczasowymi poglądami na czynność mózgu, pozostawia naukowców dryfujących na ślepo bez kompasu. Jedną z konsekwencji innego niż elektryczne przetwarzania informacji w obwodach glejowych musi być to, że drugi mózg nie potrafi reagować z szybkością błyskawicy. Komórki glejowe pracują wolno, a swym wpływem obejmują duże obszary mózgu. Odkrycie to zmusza naukowców do spojrzenia na funkcję mózgu z perspektywy szerszej niż obejmująca maleńką synapsę i rozszerzenia ram czasowych, w jakich rozpatrują czynność mózgu poza przekazywane w milisekundach sygnały kontrolujące odruch i jego szybkie reakcje. Teraz muszą brać pod uwagę także wolno ewoluujące zmiany przetwarzania informacji w naszym układzie nerwowym. Komórki glejowe uczestniczą być może w całkowicie innych aspektach działań mózgu, gdzie prędkość nie jest priorytetem. Czy komórki glejowe mogą obsługiwać nasz pozostający poza świadomością mózg?

Komórki glejowe poruszają nasze nieświadome pragnienia

Gdy od czasu, kiedy jesteśmy dziećmi w szkole aż po wiek dorosły przywiązuje się tak wielką wagę do funkcji intelektualnej naszego mó­zgu, łatwo przeoczyć niewyobrażalny zakres obliczeń i regulacji, które wykonuje on nieświadomie. (Głupie powiedzonko, że wykorzystujemy zaledwie 10 procent naszego mózgu, pokazuje, z jakim lekceważeniem traktujemy jakże ważną i skomplikowaną nieświadomą pracę wykony­waną przez jego całą masę). Najbardziej wyrafinowany robot porusza się mechanicznie, z przerwami, z niezdarnością wyglądającą groteskowo na tle płynnych, pełnych gracji ruchów zdrowego zwierzęcia. Wyobraź sobie tysiące mikroskopijnych włókien mięśniowych oraz informacji od czujników dotyku i pozycji ciała, które trzeba analizować i kontro­lować ze skoordynowaną precyzją, by wykonywać tak płynne ruchy, a wszystko to uważamy za coś najzupełniej oczywistego. Tak znakomita kontrola wymaga niezwykle skomplikowanych obliczeń dokonywanych z absolutną dokładnością. A wszystko odbywa się w naszym mózgu automatycznie i bez udziału świadomości. Używasz tej nieświadomej kontroli za każdym razem, gdy odwracasz kolejną stronę tej książki.

Kontrola ruchów ciała jest tylko najbardziej widocznym przykła­dem, ale nasz pozostający poza świadomością mózg jest cudownym wielozadaniowym urządzeniem, które poprzez prowadzoną bez wysiłku, precyzyjną kontrolę utrzymuje nasz organizm w wąskich granicach zapewniających zachowanie życia. Odchylenie temperatury ciała nawet jeden stopień od wartości prawidłowej jest powodem do niepokoju. Pięć stopni może prowadzić do śpiączki i zgonu. Podobny do wielkiego automatycznego systemu komputerowego nadzorującego pracę elek­trowni nasz mózg nieprzerwanie monitoruje i reguluje temperaturę ciała, poziom płynów, uczucie głodu, oddychanie, trawienie, krąże­nie, napięcie mięśniowe, równowagę, reprodukcję, wzrost, cykle snu czuwania oraz nasze stopniowe przejście od dzieciństwa przez okres pokwitania do dorosłości i dalej. Każda minuta naszego życia zależy od utrzymania istotnych dla życia układów w ekstremalnie wąskich granicach przy równoczesnej precyzyjnej ich modulacji i koordynacji zależnie od stale zmieniających się potrzeb organizmu.

Podwzgórze jest w naszym mózgu głównym ośrodkiem kontroli regulującym wiele istotnych dla życia funkcji automatycznych. Pod­wzgórze kontroluje te układy z minuty na minutę, a także w cyklach dobowych, miesięcznych i obejmujących całe życie. U młodej matki podwzgórze kontroluje narodziny jej dziecka i tajemniczy proces syn­tezy mleka pojawiającego się zgodnie z harmonogramem, by mogła karmić swe nowo narodzone maleństwo. Wszystko to przeprowadza część naszego mózgu pozostająca poza świadomością.

Budowa anatomiczna tak skomplikowanego centralnego procesora jest niesamowicie banalna, co pozostaje w zgodności z jego nazwą, która oznacza po prostu „pod wzgórzem”. Wzgórze jest dużą skrzynką rozdziel­czą dla płynących do mózgu informacji czuciowych w drodze do kory mózgowej. Wyglądające jak przycupnięte u podstawy mózgu skupiska komórek - mały pęcherzyk powietrza w kromce chleba - podwzgórze zawiera neurony, które wysyłają swe aksony do przysadki mózgowej.

Rola przysadki mózgowej uwalniającej do krwi hormony jest do­brze wszystkim znana. Ludzie z zaburzoną czynności przysadki słabo rosną, osiągając zaledwie wzrost karła, lub rosną bez końca, aż stają się olbrzymami, tylko dlatego, że ta część mózgu nie potrafi odmierzać uwalnianego do krwi hormonu wzrostu we właściwym tempie. Mniej osób wie już, że pracą przysadki mózgowej zawiaduje podwzgórze, za­wieszone pod nią jak samotna wisienka na cienkiej gałązce. Ta zależ­ność między naszym układem nerwowym i wewnętrznego wydzielania (hormonalnym) wiąże też emocje i aktywność seksualną z wyższym układem poznawczym.

Komórki glejowe gaszą pragnienie

Mimo ogromnej zmienności ilości wypijanych płynów i częstości, z jaką je przyjmujemy, nasz mózg kontroluje zawartość płynu w naszym organizmie, utrzymując ją w bardzo precyzyjnych granicach. Bardziej istotna niż pożywienie zawartość wody musi być w ciele każdej istoty żyjącej utrzymywana stale na właściwym poziomie. Brak wody powoduje w ciągu kilku godzin upośledzenie funkcji cielesnych i umysłowych, a w ciągu kuku dni śmierć z odwodnienia - szybciej niż w większości chorób.

Jednym ze sposobów, w jaki nasz organizm radzi sobie z odwod­nieniem, jest uwalnianie do krwi hormonu antydiuretycznego ADH. Polipeptyd ten, wydzielany do krwi przez neurony podwzgórza, działa na nasze nerki, zmniejszając wydalanie moczu i racjonując nasze niezbęd­ne do życia malejące zasoby wewnątrzustrojowej wody. Anatomowie zauważyli, że komórki glejowe na tych synapsach podwzgórza reagują w zaskakujący sposób, gdy zwierzę zaczyna odczuwać pragnienie.

Najnowsze badania komórek glejowych przy pracy w naszym po­zostającym poza świadomością mózgu wydobyły na światło dzienne kolejną rewelację: komórki glejowe potrafią się ruszać. W tym właśnie momencie astrocyty żyją i zapuszczają swe komórkowe palce między neurony twojego mózgu. Gdy ich macki ślizgają się i kurczą, przesączają się między neuronami i wracają, astrocyty zmieniają układ obwodów elektrycznych w twoim mózgu. Nawet zanim uświadomiliśmy sobie, że komórki glejowe to robią, w naszej komórkowej koncepcji mózgu wyda­wało się zawsze brakować czegoś istotnego: była zbyt statyczna. Podobne do mikroukładów przylutowanych niezliczoną ilością spawów do płytki drukowanej neurony przywiązane są do tkaniny połączeń synaptycznych w mózgu. Taki nieruchomy, statyczny stan sprawia, że neurony wyglądają sztucznie i nienaturalnie. I dla kontrastu, komórkowe wąsy czepne gleju, swobodnie zapuszczające się w dowolne miejsca splątanej, zasupłanej sieci włókien nerwowych naszego mózgu, ożywiają tkankę mózgową, wprawiając komórki w ruch. Komórkowe palce, dotykając fizycznie, przebudowują nasz mózg, zmieniając połączenia między neuronami. Drugi mózg, operujący całkowicie poza naszym świadomym umysłem, kształtuje układ obwodów mózgu neuronalnego.

Przebudowa komórkowa synaps w podwzgórzu pozwala astrocytom zmieniać właściwości tych synaps w odpowiedzi na pragnienie. Wycofując swe komórkowe palce z okolicy synaps, odsłaniają więcej neuronów. Wycofujące się astrocyty nie potrafią wychwytywać neuroprzekaźnika równie szybko jak wtedy, gdy ciasno otaczają szczelinę synaptyczną. Opóźnione usuwanie neuroprzekaźnika powoduje wzrost jego stężenia w przestrzeni zewnątrzkomórkowej i zmienia transmi­sję synaptyczną. Badając funkcję synaps tej okolicy mózgu za pomocą mikroelektrod, Stéphane Ouellet i jego współpracownicy w Bordeaux stwierdzili, że potencjał synaptyczny obniża się, gdy astrocyty zmieniają swą konfigurację wokół tych synaps, kiedy zwierzę pozbawi się wody. Naukowcy ci sugerują, że podobna kontrola potencjału synaptycznego za pośrednictwem czubków palców komórek glejowych może mieć miejsce również w innych okolicach mózgu.

Poszukujące dotykiem palce komórek glejowych, przemieszczające się do i od synapsy, mogą regulować transmisję synaptyczną w jeszcze inny sposób: wydzielając substancje działające na synapsę. W podwzgórzu astrocyty uwalniają kilka rodzajów substancji neuroaktywnych, nazywanych obecnie glejoprzekaźnikami, które stymulują receptory neuroprzekaźników na synapsach neuronów. W ten sposób komórki glejowe bezpośrednio regulują transmisję synaptyczną, uwalniając po prostu różnego rodzaju neuroprzekaźniki, między innymi aminokwas taurynę, ATP oraz D-serynę - te same substancje, które wykorzystują neurony w transmisji synaptycznej. Każda z tych substancji uwalnianych przez astrocyty wywiera inny wpływ na transmisję synaptyczną.

Następnym razem, gdy będzie ci się chciało pić, pomyśl o tym, że twoje przeżycie zależy od delikatnego dotyku palców astrocytów kon­trolujących synapsy w tym miejscu twego pozostającego poza świado­mością mózgu.

Twoja matka zmienia zdanie

Eksperymenty na komórkach w naczyniach laboratoryjnych i na skrawkach mózgu szczura to jedno, a określenie wpływu komórek glejowych na zachowanie człowieka to zupełnie co innego. Zajmujący się układem nerwowym naukowcy odkryli, że najbardziej podstawowe, wrodzone zachowania człowieka, charakterystyczne dla wszystkich ssa­ków, podlegają kontroli komórek glejowych. Śledząc w naszym mózgu przebieg obwodów zawiadujących karmieniem piersią, od cząsteczki, przez komórkę, do zachowania, naukowcy stwierdzili, że gdy kobieta zachodzi w ciążę, zmienia się fizyczna, struktura komórek glejowych otaczających synapsy w okolicy mózgu odpowiedzialnej za laktację i zmieniają się w związku z tym połączenia w tych obwodach synap­tycznych. Dzięki tej obserwacji naukowcy zaczynają odkrywać różne inne procesy mentalne kontrolowane przez komórki glejowe. Dotyczy to miedzy innymi obwodów regulujących koordynację ruchową lub „pamięć mięśniową” wykorzystywaną w umiejętnościach sportowych, znajdu­jących się w części mózgu zwanej móżdżkiem. Te niedawno dokonane odkrycia pozwoliły nam przyjrzeć się lepiej temu, jak komórki glejowe, zmieniając kształt i poruszając się, mogą wpływać na strukturę mózgu i tym samym na jego funkcje związane z nieświadomymi procesami mentalnymi. Na podstawie tych przykładów łatwo wyobrazić sobie działania komórek glejowych w mózgu świadomym.

Narodziny, macierzyństwo, miłość i komórki glejowe

Poród Melanie trwał już dwadzieścia cztery godziny. Mąż próbował ją wspierać, ale była coraz bardziej wyczerpana brakiem snu i długotrwa­łym wysiłkiem. Jej lekarz zdecydował, że nadszedł czas, by medycyna pomogła naturze. Spojrzał na wiszącą na stojaku ze stali nierdzewnej butelkę z solą fizjologiczną i nastawił prędkość wlewu kroplowego spły­wającego do żyły przedramienia. Po kilku minutach skurcze nasiliły się i zaczęły pojawiać się bardziej regularnie. Chwilę później na świat przyszła jej córeczka Morgan.

Zawartą w butelce soli substancją, która dała tak szybki efekt, była oksytocyna. Nie jest to substancja sztuczna, ale naturalny hormon syn­tetyzowany w podwzgórzu mózgu kobiety. Jak to zostało powiedziane przed chwilą, podwzgórze zarówno u kobiet, jak i mężczyzn kontroluje ważne układy organizmu w sposób odruchowy i nieświadomy. Żadna kobieta „nie wie”, jak urodzić dziecko, doświadcza po prostu tego cudu z chwilą, gdy jej nieświadomy mózg przejmuje dowództwo.

Oksytocyna produkowana jest przez wyspecjalizowane neurony podwzgórza, które uwalniają ją do krwiobiegu. Te olbrzymie neurony, nazywane ze względu na swą wielkość wielkokomórkowymi, wysyłają swe aksony z podwzgórza do pewnej części przysadki mózgowej, gdzie uwalniają swą zawartość do przestrzeni wokół naczyń włosowatych. Przez te naczynia włosowate oksytocyna wchłania się do krwi, docie­rając z nią do wszystkich okolic ciała. Oksytocyna jest polipeptydem o krótkim łańcuchu zbudowanym z dziewięciu aminokwasów. W ustroju kobiety pełni dwie szczególne funkcje: stymuluje uwalnianie pokarmu z gruczołów mlecznych oraz skurcze macicy podczas porodu. Dzieje się tak poprzez skurcz mięśni gładkich w odpowiedzi na napływającą z krwią oksytocynę.

Hormon ten pełni jeszcze inną, bardziej subtelną funkcję. Reguluje zachowania i instynkt macierzyński. Istnieją też pewne dowody, chociaż mniej ewidentne, że oksytocyna może mieć podobne znaczenie behawioralne u mężczyzn. W płynie mózgowo-rdzeniowym oksytocyna gra rolę Kupidyna, łączącego matkę i dziecko poprzez potężne zachowania macierzyńskie tworzące więź z potomstwem zaraz po porodzie. W kon­tekście biologii takie silne przywiązanie emocjonalne jest potrzebne, aby upewnić się, że matka będzie karmić i chronić swe bezbronne potomstwo. W eksperymencie przeprowadzonym na szczurach iniekcje związku neutralizującego działanie oksytocyny w mózgu powstrzymywały szczu­rze matki przed akceptacją swych młodych. Z drugiej strony, iniekcje oksytocyny u szczurów dziewic wyzwalały w nich zachowania macie­rzyńskie względem jakichkolwiek młodych, które znalazły się w klatce. Oksytocynę można wprowadzać do ustroju w postaci aerozolu, którą to właściwość wykorzystuje się w celach merkantylnych. Można nabyć perfumy zawierające oksytocynę, których stosowanie ma na celu skło­nienie osobników płci przeciwnej do łatwiejszego przywiązania się.

U szczurów dziewic zawierające oksytocynę neurony są gęsto upako­wane w skupiska, oddzielają je jednak od siebie cienkie warstwy astrocytów, podobne do papieru, w który pakuje się porcelanę. Naukowcy analizu­jący obrazy w mikroskopie elektronowym już dawno zauważyli, że ta część mózgu zmienia się fizycznie u zwierząt ciężarnych. Zafascynowało ich to, ponieważ była to jedna z pierwszych sytuacji, w której dało się zaobserwować tajemniczą pracę mózgu znajdującą odzwierciedlenie w zmianach strukturalnych jego obwodów elektrycznych. Dzięki pro­wadzonym przez długie lata badaniom dr Glenn Hatton i współpracow­ników z Uniwersytetu Kalifornijskiego Riverside, Dionysii Theodosis i Dominique Poulain z Bordeaux, oraz innych zespołów z Europy i Stanów Zjednoczonych wiemy obecnie, że u zwierząt rodzących lub karmiących astrocyty między neuronami zawierającymi oksytocynę rzeczywiście się poruszają i zmieniają strukturę tej części mózgu. Podczas ciąży cienki welon astrocytów odsuwa się, odsłaniając większą liczbę produkujących oksytocynę neuronów i ich dendrytów. To z kolei zwiększa liczbę pu­stych miejsc na każdym neuronie, dostępnych dla tworzenia nowych synaps. Dzięki temu działaniu podwaja się liczba synaps tworzących się na produkujących oksytocynę neuronach po wycofaniu się astrocytów. Dzięki większej liczbie stymulujących neuron synaps uwalnia się więcej oksytocyny przygotowującej młodą matkę do porodu.

Nie jest to jedyny sposób, w jaki astrocyty zmieniają obwody tej części mózgu. Poza regulacją sygnałów trafiających do neuronu przez synapsy astrocyty kontrolują również dostarczanie oksytocyny z zakoń­czeń aksonów tych neuronów, gdzie wyrzucana jest ona do krwi. Podczas porodu i laktacji astrocyty wycofują się też z zakończeń nerwowych, działając jak śluzy otwierające się, by więcej oksytocyny mogło wlać się do naczyń włosowatych i do krwiobiegu. Jedynym elementem oddzie­lającym zakończenie nerwowe od naczyń włosowatych są astrocyty.
Gdy następnym razem zobaczysz dziecko ssące pierś matki, ujrzysz przy pracy komórki glejowe kontrolujące synapsy neuronów i uwalnia­nie oksytocyny do krwiobiegu. Narodziny naszego potomstwa i jego wyżywienie zależą od tych komórek glejowych.

Komórki glejowe i sen: drugie życie drugiego mózgu

W połowie drogi między naszym świadomym i nieświadomym umysłem znajduje się odmienny stan umysłu - stan snu. Gdybyś miał dożyć 75 lat, spędziłbyś 25 spośród nich we śnie. To, co dzieje się w na­szej głowie przez cały ten szmat życia, wykracza znacznie poza granice naszej wiedzy czy pojmowania. Jest to tajemnicza i ciągle mistyczna cząstka nas. Gdyby sen był po prostu conocną hibernacją, zamknię­ciem naszego układu nerwowego w ciemności, można byłoby go uznać za rozsądną strategię oszczędzania energii na dzień, kiedy to jesteśmy aktywni fizycznie. Sen mógłby wtedy przypominać laptop przechodzący na jakiś czas w stan uśpienia, by oszczędzać energię podczas długich okresów bezczynności. Ale to, co dzieje się w ludzkim mózgu (lub mózgu zwierzęcia) podczas snu, trudno nazwać hibernacją. Sen jest okresem żywej aktywności mózgu. Jest to stan odmienny, a nie stan nieczynny. Sen jest czynnym procesem psychicznym, w którym niektóre obwody mózgu paraliżują ciało, pozwalając umysłowi hasać w szalonych nocnych fantazjach. Paraliż ten powstrzymuje nas przed zerwaniem się z łóżka i ucieczką przed goniącą nas senną zjawą czy pogonią za dowolną fan­tazją, jaką możemy przeżyć we śnie.

W naszym nocnym nieświadomym życiu istnieją cykle i schematy aktywności przenoszące olbrzymi ładunek aktywności przez różne obwo­dy mózgowe. Przeżycia dnia - świadome i nieświadome - są ponownie badane, sortowane, kojarzone, analizowane, katalogowane lub wyrzucane. Wspomnienia są przenoszone z jednego miejsca w mózgu i katalogowane w innych miejscach naszej kory mózgowej na podstawie czynników takich jak: typ informacji, jaką zawierają, ich związek z innymi zdarze­niami i wewnętrzny emocjonalny stan umysłu nadający im znaczenie. Ten odmienny stan umysłu, około jednej trzeciej naszej egzystencji, jest dla nauki ciągle zagadkowy i trudno poddaje się badaniu. Co dzieje się z komórkami glejowymi, gdy śpimy? Jeszcze bardziej intrygującym pytaniem jest to, czy komórki glejowe uczestniczą w kontroli tego stanu umysłu, który nazywamy snem?

Pewien pogląd pozwoliły nam sobie wyrobić badania z użyciem czipów genowych (nowa metoda umożliwiająca naukowcom monitoro­wanie aktywności tysięcy genów równocześnie), w których próbowano wykryć zmiany genów tkanki mózgowej polegające na ich włączeniu lub wyłączeniu w różnych fazach snu. Praca ta wykazała, że w określo­nych fazach snu REM lub nie-REM (sen REM, od rapid eye movement - szybkie ruchy gałek ocznych - jest fazą snu z marzeniami sennymi) syntetyzowane są w mózgu setki genów. Ku ogromnemu zaskoczeniu niedawno okazało się, że wiele z nich to geny występujące wyłącznie w komórkach glejowych. Rzeczywiście część genów spośród tych pod­legających podczas snu fazy REM najbardziej złożonej regulacji to geny oligodendrocytów wytwarzających mielinę. Nikt nie wie dlaczego. Ale jest to przekonujący dowód na to, że komórki glejowe nie kładą się spać wtedy, kiedy my to robimy. Są zajęte czymś, czego nie rozumiemy.

[[ Gazeta Wyborcza 23.10.2013

Mózg ma czyściciela

Poniższe streszczenie badań z "Science" są pokłosiem sensacyjnego doniesienia z ubiegłego roku. Wtedy zespół badaczy z Centrum Medycznego Uniwersytetu w Rochester odkrył, że mózg ma własny system samooczyszczania. To układ rurek otaczających naczynia krwionośne, który potrafi w szybkim tempie odprowadzać szkodliwe lub zbędne substancje. Wydaje się, że pełni w mózgu te same funkcje co układ limfatyczny w innych częściach ciała, dlatego Amerykanie nazwali go układem glimfatycznym.

- Pozbywanie się odpadów to kluczowa sprawa dla wszystkich narządów. Mózg też musi to robić. Jak? Nasze badanie pokazuje, że oczyszcza się w zorganizowany sposób i na większą skalę, niż dotąd sądzono - mówiła szefowa projektu dr Maiken Nedergaard.

Układ glimfatyczny jest oparty na komórkach glejowych, które odżywiają i utrzymują przy życiu neurony. Z wypustek "własnych ciał" tworzą one na zewnątrz tętnic i żył sieć rurek. Znajdują się w nich akwaporyny - integralne białka błonowe tworzące kanały, przez które przepływa płyn mózgowo-rdzeniowy. Jest on wpompowywany do mózgu pod ciśnieniem przez kanały otaczające tętnice, obmywa tkanki, a potem zbiera się w kanałach wokół żył i jest usuwany z mózgu. To aktywny system, co oznacza, że jego działanie nie polega na powolnej dyfuzji, ale wymuszonym ciśnieniem przepływie płynu przez mózg.

Uczeni odkryli wtedy, że ponad połowa usuwanego z mózgu myszy beta-amyloidu (białka odpowiedzialnego za chorobę Alzheimera) znika właśnie za pośrednictwem układu glimfatycznego. Jeśli więc on szwankuje, może to prowadzić do chorób neurodegeneracyjnych.

Badania opisane w "Science" dowodzą, że układ glimfatyczny działa przede wszystkim wtedy, gdy śpimy. Naukowcy badali myszy i okazało się, że układ ten jest dziesięć razy bardziej aktywny podczas snu zwierząt. Wtedy komórki glejowe kurczą się i zwiększają przestrzeń międzykomórkową o 60 proc.! Tworzą się "małe dziurki" w tkance mózgu, co pozwala na wnikanie większej ilości płynu mózgowo-rdzeniowego, który wymywa toksyny. Uczeni uważają, że właśnie niedokładne porządki mogą odgrywać rolę w zaburzeniach pracy mózgu. Dr Nedergaard: - To sprzątanie jest kluczowe do tego, żeby człowiek w ogóle utrzymał się przy życiu. Wygląda też na to, że program czyszczący jest niemożliwy do uruchomienia w stanie czuwania. Dlaczego? Przypuszczalnie mózg traci dużo energii podczas pompowania płynu przez swoje tkanki i nie miałby dostatecznej mocy, by jednocześnie przetwarzać informacje z otoczenia, które spływają podczas czuwania. Słowem, albo sprzątamy, albo podejmujemy ważnych gości. Jedno wyklucza drugie.

Jednym z takich śmieci "do wymiecenia" z mózgu są białka beta-amyloidu. Naukowcy badali, co się z nimi dzieje. Oznakowali je znacznikiem fluorescencyjnym i obserwowali jego wędrówkę. Okazało się, że podczas snu myszy były one wymywane dwa razy szybciej niż podczas czuwania. Ten wniosek zdaje się potwierdzać też inne badanie, które przeprowadził Adam Spira z Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health w Baltimore. Dowiódł on, że brak snu może predysponować do rozwoju alzheimera, bo im mniej śpisz oraz im ten sen jest gorszej jakości, tym więcej beta-amyloidu gromadzi się w mózgu. Jednak wciąż nie jest jasne, jak dalece zwiększa to ryzyko zachorowania na demencję. Wszak niektórzy mają sporo beta-amyloidu w neuronach, a nie wykazują objawów choroby.

Dlaczego uczeni tak długo nie wiedzieli o tak ważnej strukturze mózgu, jaką jest układ glimfatyczny? Bo można go obserwować tylko w żywym mózgu, a to nie było możliwe, dopóki nie rozwinęły się nowoczesne technologie obrazowania - w tym wypadku dwufotonowa mikroskopia.

Procesem sprzątania prawdopodobnie zawiaduje hormon - noradrenalina. To główny włącznik sterujący kurczeniem się i rozszerzaniem komórek glejowych. Uczeni mają nadzieję, że zwiększenie aktywności układu glimfatycznego pozwoli ograniczyć wzrost złogów beta-amyloidu, a nawet oczyścić mózg z już istniejących. Chcą też zbadać, jakie produkty przemiany materii kumulują się w ciągu dnia w głowie, zwiększając ryzyko napadów padaczkowych czy migreny. ]]

Cykle aktywności mózgowej

Przypływy aktywności psychicznej przelewające się przez ludzką korę mózgową podczas snu są wyraźnie podobne do zapisu EEG. Pola elektryczne we wnętrzu naszej głowy są tak duże, że można je uchwycić i wzmocnić za pomocą przewodów umieszczonych na skórze głowy.

Czy sprawująca kierowniczą funkcję kora mózgowa kieruje i za­rządza tym cyklami aktywności we śnie, czy też kora mózgowa reaguje po prostu na cykle aktywności powstające głęboko w innych, bardziej prymitywnych częściach mózgu? Główną stacją przekaźnikową dla in­formacji wchodzących i wychodzących z kory mózgowej jest wzgórze. Ta bryłka neuronów wygląda jak wydrylowana brzoskwinia, której skórka odpowiada korze mózgowej. Vincenzo Crunelli i jego współpracow­nicy z Uniwersytetu Cardiff w Wielkiej Brytanii opublikowali w roku 2002 wyniki badań próbujących rozstrzygnąć tę kwestię. W swoich eksperymentach umieścili zestaw elektrod równocześnie we wnętrzu wzgórza i w korze mózgowej zwierząt doświadczalnych, by zobaczyć, który obszar jest pierwszy, a który podąża za nim. Doszli do wniosku, że to wzgórze, a nie kora mózgowa kieruje cyklami aktywności podczas snu a także rożnymi stanami podniecenia, gdy nie śpimy. W badaniach swych wykryli wolne, o częstotliwości jedna na sekundę, oscylacje impulsów nerwowych wytwarzanych podczas snu, które pojawiały się najpierw w neuronach wzgórza. Ale co pierwotnie kieruje tymi oscylacjami?

Aby kierować cyklami kory mózgowej, duże grupy neuronów wzgó­rza muszą działać wspólnie, współpracując w skoordynowany sposób, podobnie jak grupa kibiców na meczu piłkarskim musi wstawać i pod­nosić ramiona równocześnie w sposób synchroniczny, aby powstała fala przenosząca się przez trybuny. W badaniu wykazano, że grupy neuronów wzgórza połączone są bezpośrednio łączami białkowymi (gap junctions), które tworzą maleńkie pory w błonie komórkowej łączące sąsiednie komórki. Pozwala to na bierne i szybkie szerzenie się pobudzeń elek­trycznych między neuronami bez udziału połączeń synaptycznych. To z kolei wiąże grupy neuronów wzgórza wspólnym jarzmem, zmuszając je do wspólnego działania w fazach aktywności. Potencjał elektryczny jednego neuronu wzgórza szerzy się nieustannie na wiele innych neuro­nów fizycznie z nim złączonych, a to sprawia, że duże grupy neuronów działają wspólnie i wytwarzają impulsy zgodnie i w cyklach, które z kolei napędzają fale aktywności w korze mózgowej.

Coś jeszcze, działając poza doktryną neuronów i interakcji synap­tycznych, przyczynia się do gromadzenia tych neuronów w zespoły - astrocyty. Crunelli i jego współpracownicy pobrali skrawki wzgórza i nasączyli je wrażliwym na wapń barwnikiem fluorescencyjnym wychwytywanym selektywnie przez astrocyty. Badacze obserwowali jak, bez żadnego bodźca zewnętrznego, przez sieci astrocytów we wnętrzu wzgórza przetaczały się w cyklach fale wapnia. Gdy umieścili elektrody w neuronach wzgórza i rejestrowali zachodzące w nich zmiany potencjału, zobaczyli, jak potencjał neuronu zmienia się z chwilą, gdy przez sąsiedni astrocyt przetacza się fala wapniowa. Astrocyty koordynowały cykle aktywności neuronów wytwarzające fale mózgowe podczas snu.

Ta odpowiedź elektryczna neuronów spowodowana była uwalnianiem przez astrocyty neuroprzekaźnika kwasu glutaminowego w momencie przechodzenia przez nie fal wapniowych. Kwas glutaminowy aktywował receptory kwasu glutaminowego w neuronach, a ta aktywacja z kolei wyzwalała zmianę potencjału, która stymulowała neurony do wytwa­rzania impulsów.

Zaskakujący wniosek: nie tylko kora mózgowa nie dzierży steru kontroli tych globalnych cyklów aktywności mózgu podczas snu - takiej wyłącznej kontroli nie sprawują również neurony. Fale aktywności płynące przez astrocyty łączą duże grupy neuronów wzgórza w całość, koordy­nując aktywność neuronów niczym kibiców na stadionie sportowym. Podobnie jak widzimy globalne zmiany fal mózgowych podczas napadu padaczkowego i choroby, tak równolegle do aktywności elektrycznej neuronów przypływają fale wapniowe w astrocytach. Astrocyty komu­nikują się między sobą bez elektryczności, zamiast tego wysyłają sobie nawzajem wiadomości chemiczne, kontrolując wytwarzanie impulsów w neuronach poprzez uwalnianie tego samego neuroprzekaźnika, za po­mocą którego neurony porozumiewają się między sobą przez synapsy. Co noc, gdy tylko położymy głowę na poduszce, pracuje drugi mózg, nadzorując nasz sen.

Wyniki najnowszych badań na myszach mutantach o zaburzonym cyklu snu uświadomiły wielu naukowcom, że drugi mózg nie jest zwykłym cieniem mózgu neuronalnego lub zaspokajającym jego potrzeby niewolni­kiem. W rzeczywistości drugi mózg może kontrolować mózg neuronalny. Niczym dyrygent koordynujący gromadę muzyków w orkiestrę grająca utwór muzyczny, astrocyty koordynują gromady neuronów w zgodne zespoły, które sprawiają, że neurony rytmicznie wytwarzają impulsy.

Zaburzenie cyklów snu u zmutowanych myszy nie ma związku z neuronami. Jest to defekt genetyczny wprowadzony przez inżynierię genetyczną bezpośrednio do astrocytów, uniemożliwiający im uwalnia­nie neuroprzekaźnika adenozyny. Może nie obchodzić cię adenozyna, neuroprzekaźnik, który reguluje pobudliwość neuronów, o ile nie pijasz kawy. Kofeina blokuje receptory neuroprzekaźnika adenozyny, które w warunkach prawidłowych uspokajają aktywność mózgu i indukują sen. Gdy kofeina zablokuje te uspokajające receptory adenozyny w neu­ronach, w obwodach nerwowych wzrasta poziom pobudliwości, przez co wzrasta aktywność elektryczna i czujność mózgu. Astrocyty mają takie same receptory dla adenozyny, a także uwalniają adenozynę, by stymulować receptory na innych astrocytach i na neuronach. W ten sposób astrocyty mogą wpływać na poziom stanu czuwania (i senności) dokładnie tak samo jak filiżanka mocnej kawy.

Neurobiolog Robert Jackson wraz z zespołem swych współpra­cowników z Uniwersytetu Tufts rozszerzyli te badania na niżej stojącą w drabinie ewolucyjnej muszkę owocową, która jest idealnym obiektem badań genetycznych. Porównując geny aktywne u muszek podczas ich dziennego cyklu czuwania i snu, badacze odkryli kilka genów, które wy­kazywały podobną do zegara aktywność w cyklu 24-godzinnym. Jeden z tych zegarowych genów, nazwany hebanem, staje się aktywny w ciągu dnia i nieaktywny w nocy. Gdy zmutowano ten gen, u muszek doszło do ciężkich zaburzeń cyklu snu i czuwania, zasypiały one w dowolnej chwili w dzień i w nocy. Białko produkowane przez ten gen było na swoim miejscu - w mózgu muszki - ale nie w tych co trzeba komórkach. Heban znajdował się wyłącznie w komórkach glejowych. Badacze stwierdzili we wnioskach, że komórki glejowe w mózgu muszki działają jak zegar, regulując pracę okolicznych neuronów produkujących neuroprzekaźniki dopaminę i serotoninę, które kontrolują cykl snu i aktywności. Te same neuroprzekaźniki regulują sen także u ludzi, a co ciekawe, mają też one związek z nastrojem, depresją i schizofrenią.

Spajanie grup neuronów, które nie są połączone w obwody przez synap­sy, i napędzanie globalnych fal aktywności neuronów, przez grupowanie ich w cykle snu i czuwania, wydaje się jedną z najważniejszych funkcji komórek glejowych w mózgu. Dlaczego jednak mózg podzielony jest na trójwy­miarowe sektory rządzone przez pojedyncze astrocyty? Zdaniem wielu naukowców, ta dodatkowa trójwymiarowa regulacja dokonywana przez astrocyty zwiększa możliwości złożonej pracy mózgu ponad to, co można by osiągnąć przez zwykłe połączenie neuronów w serie synapsami.

Zachowania seksualne: komórki glejowe i płeć

Wydaje się wątpliwe, by sen był jedynym zachowaniem regulowanym przez komórki glejowe, ale trudno jest prowadzić eksperymenty behawioralne z udziałem ludzi, uwzględniając komórki glejowe. Dla przykładu, mechanizmy komórkowe i molekularne dobierania się w pary i zachowań seksualnych łatwiej badać u zwierząt doświadczalnych. Wracając do muszki owocowej, która dzięki prostej budowie układu nerwowego i łatwości manipulacji genetycznych jest wdzięcznym obiektem badań, dr Dawid Featherstone i jego współpracownicy z Uniwersytetu w Chicago opi­sali w roku 2008 związek między odchyleniami zachowań seksualnych much i mutacją genetyczną komórek glejowych. Samce much z mutacją genu zwaną ślepiec płciowy wchodzą w heteroseksualne relacje godowe i kopulują z samicami, ale w równym stopniu pociągają je samce. Gonią za nimi i próbują kopulować z nimi równie często jak z samicami.

Białko syntetyzowane przez gen ślepca płciowego występuje tyl­ko w komórkach glejowych otaczających synapsy, gdzie jego funkcja polega na usuwaniu neuroprzekaźnika ze szpary synaptycznej. Zaloty i łączenie się w pary u much regulowane jest przez feromony (podobnie jak w pewnym stopniu u ludzi). Są to sygnały chemiczne wymieniane między organizmami kontrolujące specyficzne zachowania. Proces zalotów rozpoczyna się z chwilą, gdy samiec stuknie samicę przednią łapą. Jeżeli jest ona otwarta na propozycje seksualne, to delikatne dotknięcie wyzwoli misterną pieśń i taniec przedkopulacyjny, w którym samiec wyciąga jedno skrzydło i uderza nim, tańcząc tuż za samicą. Jeżeli zalotnik wywrze na niej wystarczająco duże wrażenie, gra wstępna much przechodzi do następnego stadium, gdzie samiec liże genitalia samicy, by wypróbować jej feromony, po czym ona albo uderza go silnie skrzydłami i nogami, by go odrzucić, albo pozwala mu wejść na siebie i kopulować. Udana konsumpcja skutkuje w cyklu życiowym kolejnym obrotem z nowym pokoleniem czerwi.

Samce much łączą się w pary z muchami, które nie produkują mę­skich feromonów (w warunkach normalnych powinny to być samice), ale samce, które nie potrafią wyczuć męskich feromonów, będą łączyć się w pary z samcami lub samicami bez różnicy. U mutantów ślepców płciowych neuroprzekaźnik kwas glutaminowy gromadzi się w nadmiarze w okolicy synaps, przerywając obwód odpowiedzialny za odróżnienie feromonu atrakcyjnego od odpychającego. Zmieniając aktywność tego glejowego genu, naukowcy zmienili u samców much preferencje doboru partnera z wyłącznie samic na samców i samice bez różnicy.

Co zaskakujące, preferencje seksualne związane z feromonami męskimi nie są wbudowane na stałe - uczą się ich młode muchy. Niedoświadczone samce, które początkowo próbują łączyć się z innymi samcami i zostają od­rzucone, uczą się w końcu, że ten feromon oznacza seksualne niepowodzenie. Co ciekawe, Featherstone i jego współpracownicy wnioskują stąd, że komórki glejowe kontrolują proces uczenia się, regulując poziom neuroprzekaźnika kwasu glutaminowego na synapsach odpowiednich obwodów.

Od nieświadomego do świadomego mózgu

Czy pewne typy funkcji drugiego mózgu realizowane w naszym nieświadomym i półświadomym umyśle mogłyby też mieć swój udział w naszym umyśle świadomym? Czy to możliwe, by drugi mózg uczestni­czył w uczeniu się, myśleniu i zapamiętywaniu? Drugi mózg koordynuje grupy neuronów, reguluje pobudliwość neuronów, zwiększa lub tłumi siłę przekazu synaptycznego, uwalniając lub wchłaniając neuroprzekaźniki, i zapuszcza swe komórkowe palce w głąb tkanki mózgowej, by usuwać synapsy lub zrobić miejsce dla powstania nowych. Wszystkie te procesy są niezwykle ważne dla zmian funkcji sieci neuronów, ale wcześniej zakładano, że wszystko to robi mózg neuronalny. Ale zastanówmy się. Jeżeli proces uczenia się wymaga przełączania obwodów mózgowych, to w jaki sposób neurony mogłyby tworzyć i likwidować swe własne połączenia? W prze­ciwieństwie do neuronów, które są ściśle przytwierdzone do materiału obwodów neuronalnych przez niezliczone synapsy, komórki glejowe mogą się swobodnie poruszać, jak to widzieliśmy w podwzgórzu. Mechanizm przebudowy synaps przez komórki glejowe dla wielu naukowców dys­ponujących wiedzą o drugim mózgu wydaje się teraz mieć więcej sensu niż zrzucanie całej odpowiedzialności na neurony. Zdolność komórek glejowych do poruszania się i uwalniania substancji, które przebudowują mózg lub stymulują wzrost neuronów podczas jego rozwoju i procesów naprawczych, czyni z nich idealnych kandydatów do przełączania obwo­dów neuronalnych w zdrowym mózgu w procesie uczenia się.

Komórki mikrogleju są wyposażone w potężne enzymy rozkładające białka, które topią białka macierzy zewnątrzkomórkowej zszywające neurony ze sobą, mogą więc pędzić między ściśle upakowanymi komór­kami mózgu do miejsca infekcji i zabijać drobnoustroje chorobotwórcze. Ostatnio zauważono, że komórki mikrogleju wykorzystują swój sprzęt do walki z zakażeniem do odrywania synaps neuronów i przełączania obwodów po urazach i we wczesnym okresie życia, kiedy to połączenia od naszych oczu, kierowane doświadczeniem wzrokowym, przyłączane są do odpowiednich miejsc w mózgu. Na te maleńkie komórki glejo­we nie zwracali uwagi zajmujący się układem nerwowym naukowcy z wyjątkiem tych, którzy interesują się chorobami, gdyż traktowano je wyłącznie jak komórki odpornościowe naszego mózgu mające za zadanie tropić i pożerać zarazki. Teraz widzimy, że oprócz pełnienia tej niezwykle ważnej funkcji komórki mikrogleju pomagają nam przebudowywać nasze obwody w mózgu, by umożliwić nam uczenie się.

Czy istnieje jakikolwiek powód, by przypuszczać, że przebudowa mózgu dokonywana przez komórki glejowe, tak dobrze udokumento­wana i powiązana z zachowaniami ludzkimi w podwzgórzu, odbywa się tylko w tym jednym miejscu w mózgu lub dotyczy tylko szczególnych zachowań, które omawialiśmy: porodu, laktacji i gospodarki wodnej ? Bardziej rozsądny wydaje się wniosek, że komórki glejowe przebudowują synapsy wszędzie w naszym mózgu, ale sposoby, jakimi komórki glejowe kontrolują różne funkcje psychiczne, są bardziej subtelne niż nasze obecne toporne metody obserwacji, którymi próbowaliśmy je uchwycić.

Fizyczną przebudowę synaps zaczynamy odkrywać również w in­nych obszarach mózgu związanych z uczeniem się. Móżdżek, położony w tylnej części mózgu, ma kluczowe znaczenie dla kontroli ruchów ciała i opanowywania umiejętności sportowych, na przykład doskonalenia uderzenia kijem golfowym. Neurony móżdżku otoczone są ściśle przez astrocyty zwane komórkami glejowymi Bergmanna. Przypominające palce czułki tych astrocytów również się poruszają. Naukowcy zaczy­nają odkrywać sygnały przekazywane między neuronami i komórkami glejowymi, które kontrolują ruch tych komórek glejowych w okolicy synaps móżdżku.

Gdy neurobiolog Masae Iino i współpracownicy ze Szkoły Medycznej Gunma w Japonii wprowadzili do komórek Bergmanna zdefektowane receptory kwasu glutaminowego, zobaczyli, że astrocyty wycofują się z otoczenia neuronów jak ustępujący przypływ. Odpływ ten odsłonił więcej neuronalnej linii brzegowej, a na świeżo odsłoniętych obszarach powstały wkrótce w tej części mózgu kontrolującej ruch nowe synapsy. Podobnie jak w podwzgórzu po odejściu komórek Bergmanna nie tylko wzrosła ilość dołączonych do neuronu synaps, wzmocnieniu uległa też biologiczna siła każdej synapsy poprzez umożliwienie gromadzenia się większej ilości kwasu glutaminowego, który wylał się ze szpary synaptycz­nej po wycofaniu okołosynaptycznych komórek glejowych. Logicznie rozumując, w astrocytach o prawidłowo funkcjonujących receptorach kwasu glutaminowego uwalniany z synaps kwas glutaminowy musi skła­niać astrocyty do ciasnego otaczania synaps. Postępując w ten sposób, astrocyty regulują liczbę synaps i ich siłę w zależności od poziomu ak­tywności synaptycznej i ilości uwalnianego kwasu glutaminowego.

W roku 1961 anatomowie John Green i David Maxwell z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles opisali podobne fizyczne zmiany astrocytów w okolicy hipokampa - części mózgu o kluczowym znaczeniu dla procesu pamięci. Hipoteza, że komórki glejowe mogłyby modulować siłę przekazu synaptycznego i przebudowywać połączenia w tej części mózgu, narzuca się sama. Wiele laboratoriów podejmuje próby weryfikacji tej hipotezy przy użyciu kombinacji metod obrazowania i badań elektrofizjologicznych.

Wydaje się dziwne, iż najwcześniejsze i najbardziej przekonujące do­wody udziału komórek glejowych w przetwarzaniu informacji pochodzą z badań nad nieświadomymi funkcjami mózgu - pragnieniem, porodem, karmieniem piersią, snem, kontrolą motoryczną oraz zachowaniami seksualnymi. Nieświadome procesy mózgu są o wiele bardziej tajemnicze i trudniej dostępne badaniom niż świadoma aktywność umysłowa. Czy ta pozorna sprzeczność jest zbiegiem okoliczności, czy też odzwierciedla bardziej ogólne własności drugiego mózgu? Moim zdaniem to drugie. Komórki glejowe nie są wyposażone w środki szybkiej komunikacji używane przez neurony. Komórki glejowe komunikują się przez wolno rozprzestrzeniające się związki chemiczne lub fale wapniowe, a nie przez wyładowania elektryczne. A jednak nieświadome i wolno następujące zmiany naszego umysłu są ważną i łatwo uchodzącą uwadze częścią działania naszego mózgu. Być może nasza nieznajomość drugiego mó­zgu jest jednym z powodów, dla których nieświadomy umysł pozostaje tak tajemniczy.