Jak neurony dospívají

Ve stěnách mozkových komor vznikají po celý lidský život nové neurony, které za pomoci glio­vých buněk cestují mozkem na místa svého určení, kde se zapojují do neuronových sítí. Na cestu se vydávají jako neuronová novorozeňata, která ještě nemají úplnou výbavu. Plně funkční dospělý neuron má spoustu dendritů s receptory, tělo a dlouhý výběžek, axon. Dendritické receptory zachycují signály ve formě neuropřenašečů, které byly vyslány okolními neurony. Neuropřenašeč se naváže na svůj specifický receptor v membráně dendritu, což způsobí otevření kanálu v tomto receptoru. Kanálem projde několik iontů z jedné strany membrány na druhou, a tím se změní napětí mezi vnitřní a vnější stranou membrány. Polarita změny závisí na tom, které ionty a na kterou stranu membrány přešly. Změna napětí se šíří podél membrány a „sčítá se” s ostatními změnami napětí, které vznikly na dendritech. Pokud se dostatečně výrazné snížení napětí rozšíří až k přechodu mezi tělem neuronu a axonem, aktivují se v této oblasti receptory, jež jsou vůči snížení napětí citlivé – sodíkové, napěťově řízené kanály. Takový kanál se otevře, ale umožní průchod membránou pouze sodíkovým iontům, a v důsledku toho prudce klesne napětí. Vznikne akční potenciál, který se – za účasti dalších napěťově řízených kanálů – rychle rozšíří od těla neuronu ke konci axonu, kde způsobí výlev neuropřenašečů z axonu a přenos signálu k dalším neuronům.

K výbavě dospělého neuronu tedy patří rozvětvený systém dendritů, dendritické receptory pro neuropřenašeče, které buď sníží, nebo zvýší napětí na dendritické membráně, axon a napěťově řízené kanály na axonu. Pokles napětí na membráně zvyšuje pravděpodobnost vzniku akčního potenciálu, vzrůst napětí ji naopak snižuje. Nové neurony vznikající v komorách mozku však téměř žádné dendrity nemají a nenavázaly ještě ani stálé kontakty s okolím.

Pět stadií vývoje

„Jak se z novorozeného neuronu stane neuron dospělý?“ Odpověď společně hledali badatelé z Pasteurova ústavu v Paříži, z Rockeffelerovy univerzity v New Yorku, z Techniky v Pasadeně a z Kalifornské univerzity v San Francisku.1 Dospělým myším injikovali do mozkových komor látku, která ve stěnách komor označila „budoucí neurony“ (neuronální prekurzory). Po čtyřech dnech zastihli označené buňky, jak v podobě neuronů cestují z komor do mozku. Zaměřili se na ty neurony, které putovaly do čichového laloku. Průběžně zjišťovali, jak se mění jejich vlastnosti a tvar, a popsali pět stadií jejich vývoje:

1. 1. Nové buňky cestující z mozkových komor do čichových laloků nemají ještě žádné stálé výběžky, nemají receptory pro neuropřenašeče, jejichž aktivace by snížila napětí v membráně, ani napěťově řízené kanály, které by umožnily vznik akčního potenciálu. Mají pouze receptory pro neuropřenašeče, jejichž působením se napětí v membráně zvýší (receptory GABAA), a které tudíž snižují možnost vzniku akčního potenciálu.
2. 2. Neurony se dostávají na místo určení – do čichového laloku. V té době se začínají na membráně buněk objevovat první receptory, jejichž stimulace způsobuje pokles napětí v membráně (receptory AMPA).
3. 3. Neurony se zapojují do neuronové sítě čichového laloku. Tvoří se na nich dendrity a synaptická spojení s okolními neurony (místa, kde se dva neurony přiblíží na velmi malou vzdálenost, což zefektivní přenos signálu pomocí neuropřenašečů). Podněty, které v tomto období neurony dostávají od svých nových sousedů, převážně zvyšují napětí, tedy brzdí vznik akčního potenciálu. V nitru buňky se začínají tvořit napěťově řízené kanály určené pro axon.
4. 4. Dendrity neuronů jsou vyvinuté, se zabudovanými receptory jak pro zvýšení napětí (receptory GABAA), tak pro snížení napětí (receptory AMPA a NMDA) v membráně. Od ostatních neuronů začínají neurony dostávat první signály způsobující snížení napětí. Do membrány axonu se zabudovávají napěťově řízené kanály, ale akční potenciál vznikne jen zřídka.
5. 5. Nové neurony se již od ostatních neuronů v čichovém laloku neliší. Mají plně vyvinuté kontakty s okolními neurony, receptory pro neuropřenašeče způsobující snížení i zvýšení napětí v membráně a napěťově řízené kanály. Na jejich axonech se tvoří akční potenciály a na konci axonu se vylévá neuropřenašeč.

Ticho, zde se pracuje!

Podle citované studie je vzrušivost nově vzniklého neuronu v mozku dospělého člověka systematicky řízena. Nejprve je v každém stadiu vývoje vytvořen účinný mechanizmus snižující pravděpodobnost vzniku akčního potenciálu, než se vytvoří receptory, které umožní v membráně napětí snížit, a tím zvýšit pravděpodobnost přenosu signálu k dalším neuronům. Mechanizmus se zdá být logický – nový neuron cestuje funkční neuronovou sítí, kde by náhodná generace vzruchů mohla znehodnotit přenášené informace, nebo v ní dokonce vzbudit nekontrolované šíření aktivity, podobně jako je tomu při epileptických mozkových výbojích.