Атомные грибы, произведенные больше чем 500 испытаниями ядерной бомбы во время холодной войны, возможно, имели луч надежды, в конце концов. Больше чем 50 лет спустя ученые нашли способ использовать радиоактивные углеродные изотопы, выпущенные в атмосферу ядерным испытанием для урегулирования долгосрочных дебатов в нейробиологии: взрослый человеческий мозг производит новые нейроны? После работы для затачивания их метода больше десятилетия исследователи сообщают, что небольшой регион человеческого мозга, вовлеченного в память, делает новые нейроны в течение наших жизней — непрерывный процесс самовозобновления, которое может помочь изучению.В течение длительного времени научная догма считала, что наши мозги не произвели новые нейроны в течение взрослой жизни, говорит Паско Ракик, нейробиолог в Йельском университете, не вовлеченный в исследование.
В 1998, однако, группа шведских исследователей сообщила о первых доказательствах, что нейроны все время рождаются всюду по человеческой продолжительности жизни. Исследователи ввели состав, обычно раньше маркировал отделение опухолевой клетки в пациентов, согласившихся исследовать их мозги после смерти.
Когда ученые исследовали посмертную мозговую ткань, они нашли, что новые нейроны действительно возникли в течение взрослой жизни. Клетки были расположены в части гиппокампа — пара seahorse-имеющих-форму структур, расположенных глубоко в мозгу, и вовлекли в память и изучение.
Состав, как позже находили, был токсичен, однако, и эксперимент никогда не повторялся.С 1998 много исследований продемонстрировали, что новые нейроны сгенерированы в том же небольшом регионе гиппокампа у мышей и, кажется, играют важную роль в памяти и изучении, говорит Кирсти Сполдинг, молекулярный биолог в Институте Karolinska в Стокгольме и ведущем авторе нового исследования. Поскольку работа 1998 года никогда не подтверждалась независимым исследованием, однако, ученые отчаянно спорили, происходит ли рождение нейрона, замеченное у мышей также, у людей.Больше чем 10 лет назад советник Спалдинга, Джонас Фрисен, исследователь исходной клетки в Институте Karolinska и соавтор исследования, убедили ее взять проект, нацеленный на урегулирование этих дебатов при помощи нетрадиционного подхода.
Метод, взявший Спалдинг больше чем десятилетие для развития, зависит от крупного пульса радиоактивного углерода 14 изотопов, выпущенных ядерными взрывами в 1950-х и 60-х, удвоившими сумму углерода 14 в атмосфере. Этот пульс, остановленный с Ограниченным Договором о запрещении ядерных испытаний 1963, запретившего наземные испытания ядерных оружий и нестабильный углерод 14 изотопов, постоянно распадался. Поскольку клетки включают углерод от атмосферы в их ДНК, как они делятся, пропорция углерода 14 к более стабильному углеродному углероду изотопа 12 действий как отметка времени для того, когда клетка родилась.Спалдинг использовал это отношение для определения возраста зубов в судебных расследованиях и интенсивности круговорота липоцитов.
Но она должна была улучшить чувствительность метода так, чтобы это могло обнаружить изотопическое отношение в ДНК примерно от 6-граммовой щепки нервной ткани в гиппокампе, который, как думают, произвел новые нейроны, зубчатую мозговую извилину. В лучшем случае изотоп присутствует в только одном из каждых 15 нейронов, она говорит, мешая обнаруживать в небольших количествах ткани.В течение первых 5 лет Спалдинг работал над нахождением эффективного способа отделить эти примерно 20 миллионов нейронов в зубчатой мозговой извилине от других типов гиппокампальных клеток и затем извлечь их ДНК.
Обнаружение, что она могла использовать активизированную флуоресценцией машину сортировки клетки для различения ненейронных клеток от нейронов, заставляя их пылать в различных цветах, было «звездным часом», говорит она. Следующие 5 лет были в основном проведены на нахождении способов очистить образцы ДНК и извлечь и проанализировать атомы углерода с помощью мощных ускорителей частиц. «У нас было много лет без любых результатов», говорит Фрисен. «Это была забава, но срыв».После окончательного получения метода вниз похлопывают, Спалдинг решил, что пришло время попробовать его на некоторой реальной ткани человеческого мозга.
Она и ее коллеги извлекли гиппокампы от 55 умерших людей, давших информированное согласие изучить их мозги. Они тогда размололи образцы ткани, сортировали клетки и извлекли ДНК. Затем, она послала очищенный генофонд в Ливерморскую национальную лабораторию в Калифорнии, где это было уменьшено до чистых углеродных шариков, и разделитесь на различные углеродные изотопы в развес в ускорителе частиц, позволив исследователям вычислить отношение между углеродом 12 и углеродом 14.
Спалдинг, Фрисен и коллеги тогда создали оценку математической модели, на основе тех отношений, темпа сотового товарооборота в гиппокампальных нейронах. Больше чем одна треть гиппокампальных нейронов регулярно заменялась примерно с 1 400 новыми нейронами, добавляемыми каждый день в течение взрослой жизни, сообщают они онлайн сегодня в Клетке. «Некоторые клетки умирают, некоторые заменяются», говорит Сполдинг. «Существует постоянный поток жизни и смерти».«Это – захватывающее независимое подтверждение» исследования 1998 года, предполагающего, что новые нейроны рождаются в течение взрослой жизни в зубчатой мозговой извилине, пишет Герд Кемперман, нейробиолог в немецком Центре нейродегенеративных заболеваний в Дрездене, в электронном письме. «Это, вероятно, решит дело».
Кемперман говорит, что его собственные и исследования других у мышей указывают, что свежие взрослые нейроны имеют определенную функцию в гиппокампе — например, в помощи мозгу различать вещи, принадлежащие той же категории или сравнению новой информации к тому, что это уже училось на опыте. Способность различать Битлз и Роллинг Стоунз, и все же идентифицируйте обоих как «рок-группы», один пример этого типа задачи в людях, говорит Фрисен.Существует другая возможность, однако: Наша способность заменить гиппокампальные нейроны могла быть эволюционным остатком, который не является всем, что важный сегодня, говорит Рэкик. Он утверждает, что выживание человека, возможно, зависело не так от нашей способности произвести новые нейроны, но от нашей способности поддерживать старые в порядке для накопления воспоминаний по всей продолжительности жизни.
По сравнению с рыбами, лягушками, рептилиями и птицами, некоторые из которых могут повторно вырастить все мозговые структуры, он говорит, «интересно, что нейронный товарооборот в людях ограничивается единственной популяцией нейронов только в одной относительно маленькой структуре, и стоит исследовать, почему это упорствует».