Stodoła, w której pracuje, znajduje się w krainie koni w Millbrook w stanie Nowy Jork, ale odbija się w niej tryle, tweety i obbligatos - hałaśliwa muzyka ponad tysiąca kanarków i zięb w klatkach. „Czy słyszysz, jak śpiewa swoje serce?” Pyta Fernando Nottebohm. „Ma ponad tuzin piosenek. Mówi mężczyznom:„ To moje terytorium ”. Mówi kobietom: „Hej, spójrz na mnie”.
powiązana zawartość
- Piosenki tego ptaka dzielą matematyczne cechy z ludzką muzyką
- Jak nasze mózgi tworzą wspomnienia
Dekonstrukcja śpiewu ptaków może wydawać się mało prawdopodobnym sposobem na wstrząśnięcie biologią. Ale badania Nottebohma podważyły wiarę, że mózg pobiera swój limit komórek nerwowych wkrótce po urodzeniu i bezradnie traktuje umierających jeden po drugim - „fakt” wbity w czaszkę każdego ucznia. Wręcz przeciwnie, często popsuty biolog urodzony w Argentynie dwie dekady temu wykazał, że mózg samca śpiewającego ptaka wyrasta jesienią świeżych komórek nerwowych, zastępując te, które obumierają latem.
Odkrycia były szokujące, a naukowcy wyrazili sceptycyzm, że dorosły mózg ma taki sam talent do regeneracji. „Przeczytaj moje usta: żadnych nowych neuronów”, żartował Pasko Rakic, neurobiolog z Uniwersytetu Yale, wątpiąc, że człowiek, jak ptak, mógłby wyhodować nowe neurony tylko po to, by nauczyć się piosenki.
Jednak zainspirowani pracą Nottebohma naukowcy odkryli, że inne dorosłe zwierzęta - w tym ludzie - są rzeczywiście zdolne do wytwarzania nowych komórek mózgowych. W lutym naukowcy po raz pierwszy zgłosili, że zupełnie nowe nerwy w mózgach dorosłych myszy wydają się przewodzić impulsy - odkrycie, które rozwiązało utrzymujące się obawy, że nowo utworzone dorosłe neurony mogą nie funkcjonować. Chociaż takie dowody są wstępne, naukowcy uważają, że ta rosnąca liczba badań dostarczy wglądu w to, jak ludzie się uczą i zapamiętują. Ponadto badanie neurogenezy lub wzrostu nerwów może pomóc im lepiej zrozumieć, a być może leczyć, wyniszczające choroby, takie jak choroba Parkinsona i Alzheimera, spowodowane przez zmarnowane nerwy w mózgu.
Niewielu przewidziałoby, że zaloty kanaryjskie doprowadzą do takiego przełomu. Badania ptaków Nottebohma „otworzyły nam oczy, że dorosły mózg zmienia się i rozwija nowe komórki przez całe życie”, mówi neurobiolog Fred Gage z Salk Institute w La Jolla w Kalifornii, którego laboratorium niedawno odkryło dowody ponownego wzrostu komórek nerwowych w ludzkim mózgu.
Badania Nottebohm zyskały uznanie w dziedzinie biologii i nie tylko. Naukowiec, który wysuwa niekonwencjonalny pogląd, a następnie zostaje usprawiedliwiony, tworzy fascynujący dramat, przedstawiając bohatera, który apeluje do buntownika w nas, oraz pouczającą lekcję, aby pozostać otwartym umysłem. Jednak Nottebohm woli być rewolucjonistą niż mąż stanu. „Kiedyś byłem u 5–10 procent naukowców, którzy wierzyli w neurogenezę” - mówi. „Teraz 95 procent akceptuje to stanowisko. Wolę raczej bycie w mniejszości”.
Od dziecka był miłośnikiem ptaków w Buenos Aires. „Słuchanie ptaków było moim hobby” - mówi. „Inni chłopcy mieli samochody, ja miałem ptaki. Lubiłem próbować je rozpoznać po piosenkach”. Uzyskał doktorat na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley - tak, studiuje ptaki - zanim przeniósł się na Rockefeller University.
Kluczowy moment nadszedł w 1981 r., Kiedy wykazał, że objętość części mózgu męskiego kanarka, która kontroluje sezonowo zmiany piosenek. Szczyt osiąga wiosną, kiedy potrzeba krycia wymaga największej zdolności muzycznej konkurenta, a zmniejsza się latem. Potem zaczyna się ponownie rozszerzać jesienią - czas na naukę i próby nowych utworów. Fluktuacje te, jak pokazał później Nottebohm i jego współpracownicy, odzwierciedlały śmierć, a także narodziny tysięcy neuronów. „Zadziwiające” - napisał niedawno Gage i kolega.
Na przestrzeni lat liczne laboratoria przedstawiły dowody na to, że neurogeneza dorosłych zachodzi u wielu zwierząt, w tym u szczura, ryjówki i rodzaju małpy, marmozety. Tymczasem naukowcy zdobyli wskazówki na temat źródła nowych neuronów. Pracując z ptakami, młody kolega z Nottebohm, Arturo Alvarez-Buylla, prześledził nowe nerwy do poszczególnych komórek macierzystych w wyściółce komór, które są wypełnionymi płynem jamami w mózgu. Komórki macierzyste (tyle w wiadomościach) istnieją w całym ciele. Są niezdefiniowanymi komórkami, które mogą rozwinąć wyspecjalizowaną funkcję, przekształcając się, powiedzmy, w wątrobę lub komórkę krwi. Odkrycie, że neurony mogą powstawać z komórek macierzystych w mózgu, budzi nadzieje na potencjalnie nieograniczony materiał do naprawy uszkodzonej tkanki mózgowej. Ale badacze ostrzegają, że na razie spekuluje się, że komórki macierzyste zdolne do stania się neuronami można wykorzystać w ten sposób.
W 1998 r. Naukowcy poinformowali, że wzrost neuronów występuje również w dorosłym ludzkim mózgu. W badaniach wykorzystano tkankę mózgową osób zmarłych na raka. Pacjentów leczono w Szwecji i wstrzyknięto im substancję chemiczną o nazwie BrdU. Ponieważ BrdU jest włączony do DNA dzielących się komórek, substancja chemiczna może służyć jako marker dla dowolnych nowych komórek nerwowych w mózgu. W badaniu szwedzcy naukowcy wysłali próbki mózgu do Gage w La Jolla. On i jego współpracownicy znaleźli BrdU w hipokampie, części mózgu, która zawiera wspomnienia, sugerując, że rozwinęły się nowe neurony i być może odegrały rolę w przechowywaniu informacji.
Niemal wszystkie dowody na neurogenezę dorosłych u ssaków ograniczają się do hipokampa i nikt nie jest pewien, co robią te nowe neurony. Dopóki naukowcy nie ustalą, że nowe, funkcjonujące nerwy pojawiają się również w korze mózgowej, gdzie przetwarzane są wyższe myśli, Rakic i inni pozostają sceptyczni, że neurogeneza dorosłych ma duży wpływ na faktyczną funkcję mózgu. „Zaczynamy życie z wieloma niewykształconymi neuronami, ale w pewnym momencie wszyscy stają się absolwentami szkół wyższych” - mówi. „Dzięki neurogenezie w korze mózgowej miałbyś neurony, które nigdy nie chodziły do szkoły podstawowej. Nowe komórki zniszczyłyby wszystkie twoje wspomnienia. Zrezygnowałbyś z wszystkiego, co pracowałeś, aby je zdobyć.”
Elizabeth Gould, neurobiolog z Princeton University, która odkryła neurogenezę u marmozety i innych dorosłych naczelnych, twierdzi, że nowe komórki nerwowe muszą być przydatne. „Nie mogę uwierzyć, że natura zadałaby sobie trud tworzenia tysięcy nowych komórek dziennie bez żadnego celu” - mówi. „Ciało nie rozmyśla o swoich zasobach”.
Nottebohm mówi, że starzejący się mózg prawdopodobnie musi rozwinąć komórki nerwowe, aby nauczyć się nowych rzeczy. „Mózgowi brakuje miejsca w pamięci” - mówi. „Wszyscy po 50 roku życia to wiedzą. Gdybyśmy wszystko zapamiętali, bylibyśmy przeciążeni”.
Z taką samą gorliwością, jaką wykazał, gdy po raz pierwszy wprowadził w błąd otrzymaną mądrość, w połowie lat 90. Nottebohm rozpoczął nową pracę z czarnymi czapadami. Jeden z amerykańskich gatunków ptaków, który przetrwał północną zimę, ciecierzyca żyje w tym sezonie na nasionach i innych pokarmach, które ukryli w drzewach. Nottebohm odkrył, że jesienią nadchodzą ptaki, które hodują nowe komórki w centrum mózgu zajmującym się pamięcią przestrzenną, zdolnością do nawigacji i znajdowania rzeczy. Dodatkowa siła mózgu pomaga pisklętom w dokładnym zlokalizowaniu ukrytych trików miesiącami później, mówi Nottebohm.
Taki wgląd zyskuje podziw. „Fernando zawsze wyprzedzał wszystkich” - mówi Gould. „Tak daleko, że ludzie przez długi czas nie byli w stanie zaakceptować jego odkryć jako interesujących lub ważnych. Teraz się zbliżają.”
