Aivosi todellinen rakenne on paljon oudompi kuin oppikirjat antavat ymmärtää

Sulje silmät ja kuvittele neuroni

Se klassinen piirros, jonka olet nähnyt varmaankin satoja kertoja: tähtimäinen solukeskuksen ja siitä lähtevä pitkä, aaltoileva häntä. Tämä häntä on aksoni – se osa aivosolua, jonka avulla neuronit kommunikoivat keskenään.

Millainen se on mielessäsi?

Jos olet kuten useimmat, se on luultavasti sileä, hieman aaltoileva putki – vähän kuin tavallinen vesiletku.

No niin, Johns Hopkinsin lääketieteen tutkijat ovat nyt osoittaneet, että tuo kuva on väärä.

Mitä he oikeastaan löysivät?

Tutkijaryhmä havaitsi, että aksonit – nuo ratkaisevat jatkeet, joiden avulla aivosolut lähettävät sähköisiä signaaleja – eivät ole lainkaan sileitä putkia. Tehokkaan mikroskopian alla ne näyttävät pikemminkin pieneltä helmikaulakorultta. Toistuvilta, säännöllisiltä turvotuksilta, jotka ovat piilottaneet itsensä kaikkialla.

Tämä ei ole mikään pieni yksityiskohta. Tutkijat tarkastelivat aksoneja, jotka olivat noin sata kertaa ohuempia kuin ihmisen hiuksen halkaisija. He käyttivät tekniikkaa nimeltä korkeapaineinen jäädyttämismenetelmä elektronomikroskopiassa.

Miksi tämä hienostunut valmistelu? Se on kuin ero appelsiinin kuivattamisen ja pakastamisen välillä. Perinteiset mikroskopiamentelmät käyttävät kemiallisia kiinnitysaineita ja kuivatusprosesseja, jotka voivat vääristää tutkittavia rakenteita. Jäädyttämismenetelmä sen sijaan säilyttää kaiken luonnollisessa tilassaan.

Ja mitä he löysivät? Tuhansien kuvien joukosta – sekä laboratorio- että aikuisten hiirten neuroneista – nuo pienet helmet jatkoivat ilmestymistään. He vahvistivat rakenteen myös elävissä neuroneissa, joten kyse ei voinut olla jäädyttämisen aiheuttamasta harhasta.

Villimpi juttu? Se on täysin normaalia

Tässä kohtaa tutkimus todella kiinnostaa. Nämä helmenmuotoiset aksonit eivät ole merkki vaurioista tai taudeista.

Tutkijat ovat nähneet tällaista nystyistä rakennetta neuroneissa aiemminkin, mutta yleensä kuolevista soluista tai sellaisissa tiloissa kuten Parkinsonin tauti. Niissä tapauksissa turvotukseen liittyi näkyvää vaurioita solukalvoissa ja sisäisissä tukirakenteissa. Tutkijat olettivat, että kaikki nystyräiset aksonit tarkoittivat ongelmia.

Mutta nämä pienet, toistuvat helmet olivat jotain aivan muuta. Tutkijaryhmä kutsui niitä "ei-synaptisiksi varikositeeteiksi" – eli ne eivät ole niitä paikkoja, joissa neuronit välittävät signaaleja toisilleen. Ne ovat vain... siellä. Osa normaalia rakennetta.

Anna sen hetken painua mieleen. Yli sadan vuoden ajan olemme piirtäneet aivojen anatomiaa väärin. Ei siksi, että tutkijat olisivat olleet huolimattomia, vaan koska nämä rakenteet olivat yksinkertaisesti liian pieniä ja herkkiä säilytettäviksi kunnolla kuvantamista varten.

Miksi helmet ylipäätään ovat olemassa?

Tutkijat eivät vain havainneet ilmiötä – he yrittivät selittää sitä. He työskentelivät teoreettisten biofysikoiden kanssa rakentaakseen matemaattisia malleja aksonikalvoista ja tekivät kokeita hypoteesiensa testaamiseksi.

Se, mitä he löysivät, viittaa siihen, että tämä helmenmuotoinen muoto syntyy fysikaalisista voimista. Kun he lisäsivät sokeripitoisuutta aksonien ympärillä, turvonneet alueet pienenivät. Kun he muuttivat kalvon jännitystä malleissaan, helmet reagoivat ennustettavalla tavalla. Myös kolesterolitasot vaikuttivat asiaan.

Selitys vaikuttaa olevan se, että aksonikalvo itsessään – ei jokin jäykkä sisäinen tukiranka – on vastuussa tästä nystyräisestä rakenteesta. Se on seurausta fysiikan lainalaisuuksista mikroskooppisella tasolla, aivan kuten vesi muodostaa pisaroita tai tietyt materiaalit rypistyvät paineen alla.

Miksi tämä merkitsee sinulle?

Rehellisesti sanottuna? Tämä on sellainen löydös, jonka vaikutukset leviävät tavalla, jota emme voi vielä täysin ennustaa.

Aksoneiden rakenteen ymmärtäminen on tärkeää, koska aksonit ovat se tapa, jolla aivosi viestivät. Ne ovat mukana oppimisessa, muistissa, päätöksenteossa – käytännössä kaikessa, mitä aivosi tekee. Jos oppikirjojen kuvitukset ovat puuttuneet tästä perustavanlaatuisesta rakenteellisesta ominaisuudesta, mitä muuta olemme saattaneet ohittaa?

Tutkijaryhmä on jo dokumentoinut samanlaisen helmintumisen ihmisen aivokudoksessa, mikä vahvistaa, ettei kyse ole vain hiirten erityispiirteestä. Se on merkittävä edistysaskel.

Neurotieteilijöille tämä avaa kokonaisen uusien kysymysten kirjon. Vaikuttaako helmet rakenteellinen muoto signaalinvälitykseen? Voiko sillä olla rooli neurologisissa sairauksissa tavoilla, joita emme ole harkinneet? Onko lääkkeitä tai hoitoja, jotka olemme suunnitelleet väärillä oletuksilla aksoneiden anatomiasta?

Meille muille ei-tieteilijöille uskon, että tässä tarinassa on jotain aidosti ihmeellistä. Tämä on muistutus siitä, että vielä vuonna 2024 löydämme edelleen perustavanlaatuisia asioita omasta biologiastamme. Ihmisen aivot – usein kutsuttu tunnetuksi universumin monimutkaisimmaksi objektiksi – piilottavat vielä salaisuuksia.

Ehkä seuraavan kerran, kun näet yhden noista klassisista neuronipiirroksista oppikirjassa tai museonäyttelyssä, katsot sitä hieman hymyillen. Tietäen, että kaikkien niiden sileiden, siistien viivojen alla omat aivosi tekevät jotain paljon kauniimpaa ja oudompaa.

Helmet ja kaikki.