Մարդու ուղեղը սկիզբ է առնում մեկ միասնական բջջից, որը ժամանակի ընթացքում վերածվում է օրգանիզմի ամենաբարդ օրգաններից մեկի՝ պարունակելով շուրջ 170 միլիարդ բջիջ։ Թե ինչպես են այդ բոլոր բջիջները զբաղեցնում խստորեն որոշակի տեղեր և ձևավորում գործող նեյրոնային ցանցեր, զարգացման նեյրոկենսաբանության գլխավոր հանելուկներից մեկն է։

Քոլդ Սփրինգ Հարբոր լաբորատորիայի հետազոտողները կարծում են, որ պատասխանը կարող է զգալիորեն ավելի պարզ լինել, քան ենթադրվում էր նախկինում: Ըստ նրանց աշխատանքի՝ ուղեղի բջիջները զարգացման ընթացքում կողմնորոշվում են նրա շնորհիվ, որ մնում են իրենց նախորդող բջիջների կողքին: Այդ մեխանիզմն ուղեղին օգնում է ինքնուրույն կազմակերպել իր կառուցվածքն աճին զուգընթաց և կարող է փոխել պատկերացումները ոչ միայն նյարդային համակարգի զարգացման, այլև արհեստական բանականության կառուցման սկզբունքների մասին:

Յուրաքանչյուր բջիջ պետք է հասկանա իր տեղը

Պրոֆեսոր Էնթոնի Զեյդորի լաբորատորիայի հետդոկտորանտ Սթեն Քերստենսը պարզաբանում է, որ զարգացող յուրաքանչյուր բջջի առջև ծառացած է երկու հիմնական հարց՝ որտե՞ղ է ինքը գտնվում և ի՞նչ բջիջ է դառնալու:

Բջիջն ընկալում է միայն իրեն և իր անմիջական հարևաններին, սակայն նրա հետագա ճակատագիրը լիովին կախված է զարգացող ուղեղում իր ունեցած դիրքից: Եթե բջիջը հայտնվի ոչ իր տեղում, նա կարող է ստանալ սխալ մասնագիտացում, ինչը կխաթարի ուղեղի բնականոն ձևավորումը:

Neuron հանդեսում հրապարակված հետազոտության մեջ Քոլդ Սփրինգ Հարբոր լաբորատորիայի, Հարվարդի համալսարանի և Ցյուրիխի տեխնիկական բարձրագույն դպրոցի (ETH Zürich) գիտնականներն առաջարկել են նոր մոդել, որը բացատրում է, թե ինչպես են միլիարդավոր բջիջներ միաժամանակ լուծում այդ բարդ խնդիրը:

Ոչ միայն քիմիական ազդանշաններ

Տասնամյակներ շարունակ համարվում էր, որ բջիջներն իրենց դիրքը որոշում են գլխավորապես քիմիական ազդանշանների շնորհիվ, որոնցով նրանք փոխանակվում են միմյանց հետ: Այդ մեխանիզմը լավ է աշխատում փոքր հյուսվածքներում, սակայն այն դժվար է կիրառել արագ աճող ուղեղի նկատմամբ, որը պարունակում է միլիարդավոր նեյրոններ:

Քանի որ քիմիական ազդանշանների կոնցենտրացիան նվազում է հեռավորությանը զուգընթաց, երկար ժամանակ անհասկանալի էր մնում, թե ինչպես են միմյանցից հեռու գտնվող բջիջները կարողանում ճշգրիտ որոշել իրենց տեղակայումը:

Նոր աշխատանքի հեղինակները ենթադրում են, որ կարևոր դեր է խաղում բջջային ծագումնաբանությունը՝ բաժանումների այն հաջորդականությունը, որը բջիջները կապում է իրենց ընդհանուր նախնու հետ:

Ակներևության համար հետազոտողներն այս գործընթացը համեմատում են մարդկանց բնակեցման հետ: Սերունդները սովորաբար բնակություն են հաստատում իրենց ծնողների կողքին, ինչի շնորհիվ աստիճանաբար ձևավորվում են խոշոր աշխարհագրական կառուցվածքներ՝ առանց մեծ հեռավորությունների վրա կապ պահպանելու անհրաժեշտության: Գիտնականների կարծիքով՝ ուղեղի բջիջներն համանման սկզբունք են օգտագործում՝ ուղեղի աճին զուգընթաց պահպանելով մոտիկությունն իրենց «ազգականների» հետ:

Նոր վարկածի ստուգումը

Այդ գաղափարը ստուգելու համար հետազոտողները մշակել են այսպես կոչված մասշտաբավորվող դիրքային տեղեկատվության մոդելը, որը հիմնված է բջջային ծագման վրա:

Նախ նրանք այն փորձարկել են մաթեմատիկական հաշվարկների միջոցով, այնուհետև վերլուծել են գեների ակտիվությունը զարգացող մկների ուղեղում՝ ինչպես առանձին բջիջների, այնպես էլ ավելի խոշոր բջջային կառուցվածքների մակարդակով:

Դրանից հետո համանման վերլուծություն է իրականացվել դանիո-ռերիո ձկնիկների ուղեղի վրա: Ստացված արդյունքները նման են եղել, ինչը վկայում է տարբեր ողնաշարավորների մոտ այս մեխանիզմի հնարավոր գոյության մասին՝ անկախ ուղեղի չափսերից:

Հեղինակները հանգել են այն եզրակացության, որ բջջային ծագումնաբանությունը և քիմիական ազդանշանները, ըստ ամենայնի, համատեղ ապահովում են բջիջների ճիշտ տարածական դասավորությունը ուղեղի զարգացման ընթացքում:

Հայտնագործության հնարավոր հետևանքները

Թեև հետազոտությունը նվիրված է ուղեղի զարգացմանը, գիտնականները կարծում են, որ համանման սկզբունքը կարող է գործել նաև օրգանիզմի այլ աճող հյուսվածքներում, ներառյալ ուռուցքները:

Բացի դրանից, այդ գաղափարը կարող է օգտակար լինել արհեստական բանականության ապագա ինքնազարգացող համակարգերի ստեղծման գործում: Եթե ԱԲ-ն կարողանա տեղեկություն փոխանցել մոդելների հաջորդական սերունդների միջև, նա, ըստ երույթին, կկարողանա օգտագործել կազմակերպչական սկզբունքներ, որոնք հիշեցնում են բջիջների միջև տեղեկատվության ժառանգման մեխանիզմները:

Ի վերջո, աշխատանքն օգնում է մոտենալ ժամանակակից գիտության ամենահիմնարար հարցերից մեկի պատասխանին՝ թե ինչպես է մեկ բջջից առաջանում մարդկային բանականությունը:

Ինչպես նշել է Սթեն Քերստենսը, հասկանալը, թե ինչպես է ուղեղը ձեռք բերել բանականություն ստեղծելու ունակություն նախ անհատական զարգացման, իսկ հետո էվոլյուցիայի ընթացքում, հսկայական գիտական գլուխկոտրուկի կարևոր տարրերից մեկն է: