Για αιώνες οι επιστήμονες θεωρούσαν τον εγκέφαλο ως ένα ενιαίο, ομοιογενές όργανο. Ωστόσο, νέα έρευνα με επικεφαλής επιστήμονες της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Stanford αποκαλύπτει ότι ο εγκέφαλος αποτελείται από δύο διακριτά όργανα, τα οποία εξελίχθηκαν ανεξάρτητα μεταξύ τους σε διάστημα εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών.
Η ανακάλυψη ανατρέπει το κυρίαρχο μοντέλο για την ανάπτυξη του εγκεφάλου, σύμφωνα με το οποίο όλες οι περιοχές του εγκεφάλου είχαν κοινή αναπτυξιακή προέλευση. Η νέα μελέτη υποστηρίζει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελείται από δύο αρχαία νευρικά συστήματα, τα οποία έχουν ουσιαστικά «συσκευαστεί» μαζί: ένα τμήμα που ρυθμίζει τον καρδιακό παλμό, την αναπνοή και άλλες λειτουργίες του οργανισμού και ένα άλλο που μας καθιστά κατεξοχήν ανθρώπους, ικανούς για ποίηση, μαθηματικά και για να αναρωτιόμαστε για την ίδια μας την προέλευση.
Ο ενήλικος εγκέφαλος αποτελείται από τρεις κύριες περιοχές: τον πρόσθιο εγκέφαλο, τον μέσο εγκέφαλο και τον οπίσθιο εγκέφαλο. Ο πρόσθιος εγκέφαλος είναι υπεύθυνος για ανώτερες λειτουργίες, όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη. Αντίθετα, ο οπίσθιος εγκέφαλος, που βρίσκεται στο πίσω μέρος του κρανίου και συχνά αναφέρεται ως εγκεφαλικό στέλεχος, ελέγχει βασικές, αυτόματες λειτουργίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή, όπως η αναπνοή, ο ύπνος και η ρύθμιση του καρδιακού παλμού και του αισθήματος πείνας. Οι νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου ελέγχουν επίσης τους μύες του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού, επηρεάζοντας την ομιλία και την κατάποση.
Παρά την κρίσιμη σημασία του οπίσθιου εγκεφάλου, οι επιστήμονες δυσκολεύονται εδώ και δεκαετίες να δημιουργήσουν ανθρώπινους νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου στο εργαστήριο. Αυτό έχει δυσχεράνει σημαντικά την έρευνα για σοβαρές ασθένειες που προσβάλλουν το εγκεφαλικό στέλεχος, μεταξύ των οποίων η νωτιαία μυϊκή ατροφία και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση.
Η σημαντική ανακάλυψη των ερευνητών, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature Neuroscience», προέκυψε από τη μελέτη των πρώτων στιγμών της εμβρυϊκής ανάπτυξης, κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας που ονομάζεται γαστριδίωση, όταν αρχίζει να διαμορφώνεται το σώμα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο οπίσθιος εγκέφαλος ακολουθεί μια ξεχωριστή αναπτυξιακή πορεία, η οποία εξελίσσεται παράλληλα – και όχι ως διακλάδωση – με την πορεία που οδηγεί στη δημιουργία του πρόσθιου και του μέσου εγκεφάλου.
Οι ερευνητές κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα εξετάζοντας αναπτυσσόμενα έμβρυα ποντικών. Εντόπισαν δύο διαφορετικούς τύπους πρόδρομων κυττάρων του εγκεφάλου, από τα οποία το ένα προορίζεται να εξελιχθεί στον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο, ενώ το δεύτερο είναι προορισμένο να σχηματίσει τον οπίσθιο εγκέφαλο. Οι ερευνητές έδειξαν ότι οι δύο πληθυσμοί κυττάρων δεν επικαλύπτονται ποτέ και παραμένουν απολύτως διακριτοί ήδη από τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης, όπως και ότι οι αναπτυξιακές τους διαδρομές δεν διασταυρώνονται ποτέ.
Επίσης, επέκτειναν την έρευνά τους σε βάθος 550 εκατομμυρίων ετών εξελικτικής ιστορίας. Εντόπισαν το ίδιο μοτίβο διπλής προέλευσης του εγκεφάλου σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και σε σκουλίκια βελανιδιού (acorn worms), μικρά πλάσματα που ζουν στον πυθμένα των ωκεανών και μοιράζονται με τον άνθρωπο έναν μακρινό κοινό πρόγονο. Οι μέδουσες, οι οποίες απομακρύνθηκαν εξελικτικά από τη γενεαλογική γραμμή του ανθρώπου πριν από περίπου 600-700 εκατομμύρια χρόνια, διαθέτουν επίσης δύο νευρικά συστήματα σε διαφορετικά άκρα του σώματός τους.
Με βάση τα νέα ευρήματα, οι ερευνητές κατάφεραν για πρώτη φορά να καθοδηγήσουν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα -έναν τύπο κυττάρων που μπορεί να δημιουργήσει οποιοδήποτε κύτταρο του ανθρώπινου οργανισμού- ώστε να μετατραπούν στο εργαστήριο σε λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου.
Οι νευρώνες που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο παρουσίασαν, όπως περιγράφουν οι ερευνητές, όλα τα χαρακτηριστικά των αυθεντικών κυττάρων του οπίσθιου εγκεφάλου: εμφάνισαν κύματα ηλεκτρικής δραστηριότητας και παρήγαγαν πρωτεΐνες που χαρακτηρίζουν τα τμήματα του οπίσθιου εγκεφάλου τα οποία ελέγχουν τους μύες του προσώπου και της κατάποσης.
Η έρευνα έχει σημαντικές προεκτάσεις για τη μελέτη πιθανών θεραπειών για τη νωτιαία μυϊκή ατροφία, την ALS και άλλες παθήσεις που προσβάλλουν το εγκεφαλικό στέλεχος. Μέχρι σήμερα, η μελέτη αυτών των ασθενειών ήταν ιδιαίτερα δύσκολη, καθώς οι επιστήμονες δεν μπορούν να λάβουν ιστό από το εγκεφαλικό στέλεχος ζώντων ασθενών. Η δυνατότητα καλλιέργειας αυτών των νευρώνων στο εργαστήριο ανοίγει νέες δυνατότητες για την κατανόηση των μηχανισμών μέσω των οποίων εκδηλώνονται οι συγκεκριμένες ασθένειες.