Веками мы думали, что мозг — это единый командный центр нашей нервной системы. Но оказывается, в черепной коробке заключены два разных органа, которые эволюция «склеила» вместе сотни миллионов лет назад.

Новое открытие учёных объясняет, почему десятилетиями не удавалось вырастить нейроны ствола мозга в лаборатории. И, возможно, изменит подход к лечению тяжёлых заболеваний - бокового амиотрофического склероза и спинальной мышечной атрофии.

В анатомии головного мозга выделяют три крупных отдела - передний, средний и задний.

Передний мозг — это высшее мышление. Он отвечает за язык, сознание, абстрактные рассуждения. Именно этот отдел мозга позволяет вам читать эту статью, думать о том, кто вы есть, и ощущать красоту произведений искусства.

Средний выполняет несколько ключевых функций - сенсорную, проводниковую, рефлекторную, двигательную. А задний мозг (или ствол), находящийся в задней части черепа, управляет тем, о чём вы никогда не задумываетесь, но что не может остановиться ни на секунду - дыханием, сном, сердцебиением, чувством голода и пр. Нейроны заднего мозга также контролируют мышцы лица, языка и глотки, от которых зависят речь и глотание.

Несмотря на всю важность заднего мозга, учёные десятилетиями не могли вырастить его нейроны в лаборатории. Этот пробел серьёзно тормозил изучение болезней ствола мозга — например, спинальной мышечной атрофии (СМА) и бокового амиотрофического склероза (БАС).

Исследователи из Стэнфордского университета под руководством Кайла Ло изучали самые ранние стадии эмбрионального развития мышей, когда их тело только начинает формироваться. И тут выяснилось неожиданное.

Опыты на моделях показали, что клетки, дающие начало переднему и среднему мозгу, и клетки, из которых в дальнейшем образуется задний мозг, принадлежат к двум различным популяциям. Они не перемешиваются между собой и с самого начала развиваются по собственным, независимым друг от друга программам.

Одна группа клеток-предшественников превращается в передний и средний мозг. Другая становится задним.

Вот почему учёным не удавалось вырастить нейроны заднего мозга из стволовых клеток. «Предыдущие попытки создать нейроны заднего мозга, вероятно, пытались заставить предшественников переднего и среднего мозга стать клетками заднего мозга, что, как показывает наше исследование, невозможно», — говорит ведущий автор работы Райян Джохай.

Разобравшись в причинах, учёные впервые в истории смогли вырастить функциональные двигательные нейроны заднего мозга из человеческих плюрипотентных стволовых клеток. Это достижение открывает перспективы для изучения тяжелейших дегенеративных заболеваний – уже упомянутых бокового амиотрофического склероза и спинальной мышечной атрофии. Первое поражает взрослых, а второе остаётся главной генетической причиной смертности среди детей до года. В обоих случаях нейроны заднего мозга постепенно погибают, из-за чего люди утрачивают способность глотать и дышать.

«Наша способность создавать большие количества человеческих двигательных нейронов заднего мозга в чашке Петри из стволовых клеток открывает новый подход к моделированию этих заболеваний», — объясняет Райян Джохай.

Между прочим, открытие Стэнфордского университета пригодится и в борьбе с ожирением: дело в том, что как раз в заднем мозге находятся цепочки нейронов, отвечающие за ощущение сытости, — те самые, на которые нацелены сегодняшние популярные средства для снижения веса.

Учёные заинтересовались, когда произошло разделение клеток-предшественников на пути эволюции. Оказалось, что корни уходят на сотни миллионов лет назад. Ту же двойную структуру обнаружили у кур, рыбок данио-рерио и полухордовых червей — существ, которые отделились от нашей ветви задолго до появления динозавров.

А вот у медуз, которые отпочковались от ствола эволюционного древа 600–700 миллионов лет назад, эти две нервные системы и по сей день находятся в противоположных частях тела. Значит, именно тогда природа решила упаковать две группы нейронов в одной черепной коробке. И учёные, взявшись изучать головной мозг, даже подумать не могли, что это не единый орган, а два разных.

И, возможно, самое интересное в этом открытии — то, о чём авторы исследования ещё не догадываются (по крайней мере, не пишут об этом). Мы привыкли думать о себе как о едином «я». Но если наш мозг — это два разных органа, помещённых эволюцией в один череп, то, может быть, и с сознанием всё сложнее, чем кажется?

Возможно, оно тоже не монолит, а результат работы двух систем, которые никогда не были едины. И тогда «я» — это не точка, а скорее мост между ними. Впрочем, это уже вопрос философский.