ПОЧЕМУ МОЗГ ЧЕЛОВЕКА ПО РАЗМЕРАМ В ТРИ РАЗА БОЛЬШЕ МОЗГА ВЫСШИХ ОБЕЗЬЯН

МЕНЮ


Искусственный интеллект
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


В ж-ле Cell вышла статья, где, наверное, впервые, предложен понятный механизм, который может отвечать за значительно большие размеры мозга современного человека (а также некоторых его предков) по сравнению с мозгом высших обезьян, таких как шимпанзе и горилла. Стоит напомнить, что объем мозга взрослого современного человека составляет 1250-1600 см3, тогда как объем мозга гориллы и шимпанзе составляет в среднем до 400-500 см3. При этом горилла сходна с человеком по морфометрическим параметрам (рост до 1,25 - 1,8 м, вес 100 - 270 кг), тогда как шимпанзе немного меньше. Таким образом, в процентном отношении доля мозга по отношению к весу тела составляет у человека около 1/40 (близко к соотношению у мышей, и меньше, чем у некоторых малоразмерных птиц - 1/12), у шимпанзе и гориллы около 1/110 - 1/120. Как известно, объем мозга не связан линейной зависимостью с уровнем интеллекта или талантами (примеры всем известны: Карл Гаусс, Анатоль Франс, Иван Тургенев, Владимир Маяковский). Очень приблизительно, со многими исключениями (например, птицы - см. выше), можно сказать, что если подниматься по эволюционнлй лестнице, то весовая (или объемная) доля мозга по отношению к весу тела в среднем возрастает параллельно с уровнем организации представителей того или иного вида животных. Исходя из этого, гипотетически мы также можем допустить, что трехкратное увеличение объема или веса мозга у высших обезьян, в случае если бы таковое произошло в природе в результате мутации или в лаборатории, это не могло бы не сказаться на их интеллектуальных способностях или появлении у них нового качества, такого, например, как свобода воли, которая бы проявилась, например, в стремлении преобразовывать локальную среду обитания. Поэтому, вопрос: что лежит в основе столь больших различий в объеме (весе) мозговой ткани (серого и белого вещества, включая вспомогательные системы, вроде нейроглии) между высшими обезьянами и человеком, если основные и вторичные морфометрические параметры настолько сходны?

РАЗВИТИЕ МОЗГА (что известно, в самой общей форме). Основной клеточный состав мозга представлен нейронами, тела которых образуют серое вещество или кору, а отростки, покрытые слоями миелина, белое вещество мозга. Мозг, как и другие органы и ткани тела, начинает развиваться в раннем эмбриогенезе, начиная с эпителиальных (нейроэпителиальных) клеток. Эпителиальные клетки - это один из наиболее фундаментальных типов клеток в наших телах. Самое общее, что связывает разные типы эпителия в разных тканях (например, железы состоят в основном из эпителия), - это то, что эпителиальные клетки находятся на самой границе ткани, прочно связаны между собой и закреплены на так называемой базальной мембране, слое длинных молекул коллагена (желатин, известный в кулинарии, это одна из форм коллагена), переплетенных в клубки и утыканных со всех сторон другими, менее протяженными белками внеклеточного матрикса. Этот слой создает ориентацию для клеток таким образом, что сидящие на нем эпителиальные клетки оказываются поляризованы. Т.е. та сторона клеток, которая связана с базальной мембраной, не равнозначна той стороне, которая удалена от него. И вот эти клетки (точнее, их "ранние"формы, образующиеся на ранних эмбриональных стадиях) дают начало нескольким типам взрослых тканей, в том числе железам внешней и внутренней секреции и нервной ткани, из которой сформирован головной и спинной мозг. Те эпителиальные клетки, из которых образуются нервные ткани мозга, являются эпителиальными в полном смысле слова, однако у них есть уже предрасположеннлсть (коммитированность) к развитию в сторону нервной ткани, поэтому они называются нейроэпителиальными. Эти клетки делятся, и число их растет, в отличие от взрослых нейронов, которые не делятся (есть, правда, два исключения), подтверждая поговорку, что нервные клетки не восстанавливаются. Дальше эмбриональное развитие идет так: в какой-то момент нейроэрителиальные клетки, которые до этого делились, производя две одинаковые дочерние клетки, вдруг начинают делиться неравно. В ходе такого неравного деления одна дочерняя клетка сохраняет свойства нейроэпителиальной, тогда как другая приобретает измененные свойства. И эти свойства характеризуют ее как клетку так называемой радиальной глии. Радиальная глия - это уже нейрогенная ткань. Именно она порождает нейроны, и даже помогает им занять нужное пространственное положение в развивающемся мозге. Эти клетки уже почти не делятся. Поэтому, все, что можно получить для увеличения объема мозга, может и должно происходить на предыдущей стадии, т.е. на стадии нейроэпителиальных клеток.

РАЗВИТИЕ МОЗГА ГОРИЛЛЫ И ЧЕЛОВЕКА В ФОРМЕ ОРГАНОИДОВ. Как уже не раз упоминалось в предыдущих постах, прямое моделирование развития мозга человека, а также и гориллы на сегодня невозможно по этическим и биологическим причинам. Но мы можем получить мозговую ткань в форме органоидов, которые состоят из типичных клеток мозга (нейроны и нейроглия), в процессе, который напоминает развитие эмбриона, причем начиная со стволовых клеток (аналог оплодоворенной яйцеклетки, зиготы). Авторы опубликованной работы взяли обычные клетки гориллы и человека (в статье еще упомянуты клетки шимпанзе, но эксперименты с ними не пошли дальше некоторой стадии, поэтому мы их рассматривать не будем), получили из них искусственные стволовые клетки и вырастили из них мозговые органоиды, используя сложные протоколы стимуляции в органной культуре вне организма. Полностью сформированные мозговые органоиды гориллы и человека состояли из одних и тех же клеток, но (!) размеры этих органоидов были разные. Органоиды человека по линейным размерам всегда вырастали больше, чем органоиды гориллы, считая по дням от момента инициации. Кроме того, различались также размеры и форма "почек", структур на поверхности органоида, в которых формируется поверхностный слой нейронов (прямых аналогов нейронов коры мозга), мигрирующих из глубины. Анализ далее показал, что на 3-й день после инициации, органоиды гориллы и человека выглядят одинаково, и на 8-й день они также одинаковы. Но, на 5-й день, т.е. посередине, они различаются. И это различие фундаментально. В мозговых органоидах гориллы, на 5-й день, уже появились клетки радиальной глии (которые почти не делятся), тогда как в органоидах человека все еще доминируют незрелые нейроэпителиальные клетки (которые продолжают делится) и тем самым увеличивают количество клеток, из которых пару дней позднее образуются клетки радиальной глии (которая есть нейрогенная ткань, порождающая нейроны мозга).

ZEB2. Понятно, что эти изменения диктуются генами, которые включаются и выключаются в определенный момент времени. Вопрос: какими генами? И как они различаются между гориллой и человеком, точнее их активность, так как гены у нас в принципе практически одни и те же? На сегодня мы можем разделить любую ткань на одиночные живые клетки и проанализировать профили активности (экспрессии) генов в каждой такой одиночной клетке. Такой анализ обычно выдает сотни генов, чья экспрессия (активность) изменилась под влиянием некоторого фактора. Далее, биоинформационный анализ, а также до некоторой степени интуиция помогают выделить из большого количества генов ключевой ген (или гены), который (или которые) отвечает за этот эффект, в данном случае за разный размер мозговых органоидов гориллы и человека. Таким геном оказался ZEB2. Это известный ген. Его роль заключается в том, что он отвечает за потерю эпителиальными клетками (тех самых, из которых в частности и в конечном счете образуются нейроны) их эпителиальной природы, т.е. за так называемый эпителиально-мезенхимальный переход. Всего таких генов известна пара десятков, но именно этот ген показал различия по активности в тот самый промежуток времени между 3 и 8 днями после инициации развития нейронов в органоидах гориллы и человека. В мозговых органоидах гориллы ген ZEB2 активировался на 1-3 дня раньше, чем в органоидах человека. При этом деление тех самых нейроэпителиальных клеток резко замедлялось и начинали образовываться клетки радиальной глии и нейроны. Это у гориллы. А у человека в тот же самый промежуток времени ген ZEB2 был неактивен, и нейроэпителиальные клетки продолжали делиться, что значительно увеличивало их число. Поэтому, когда ген ZEB2 также активировался в органоидах человека, количество нейроэпителиальных клеток там уже значительно превышало число таких клеток в органоидах гориллы, что в результате приводило и к большему числу образующихся нейронов. Если стволовые клетки человека, из которых получали органоиды, модифицировать так, чтобы ген ZEB2 у них активировался раньше, т.е. так же, как у гориллы (это нетрудно сделать с помощью технологии вирусного переноса генов), то в этом случае мозговые органоиды человека получались меньшего размера, и по количеству нейронов соответствовали органоидам гориллы. С другой стороны, если в стволовых клетках гориллы отключить один из двух генов ZEB2 (все хромосомы парные, поэтому почти все гены представлены в двух копиях на одну диплоидную клетку), то развитие мозговых органоидов гориллы идет по человеческому пути.

Таким образом, относительно простая и удобная модель развития мозга показывает, что одним из наиболее заметных различий в развитии мозговой ткани человека и высших обезьян (гориллы) является замедленная активация генов, отвечающих за появление собственно нейронов. У гориллы нейроны в этой модели появляются раньше, чем у человека, результатом чего является их меньшее количество. Ключевым геном, регулирующим процесс запуска развития нейронов, является ZEB2, активность которого различна у гориллы и человека.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867421002397

https://en.wikipedia.org/wiki/Encephalization_quotient


Источник: www.sciencedirect.com

Комментарии: