człowiek
Autor: Andrew Koob | dodano: 2012-09-26
Tam, gdzie rodzą się myśli

Najliczniejszymi komórkami ludzkiej kory mózgowej, części mózgu decydującej o naszym człowieczeństwie, są astrocyty.  

Owinięte astrocytami (rodzaj komórek glejowych) neurony obserwują przepływ fal wapniowych przez korę mózgową. Nie są jednak tylko postronnymi widzami. W miarę jak fala wapniowa rozchodzi się do innych astrocytów, wapń poddawany jest procesowi sekwestracji i kierowany ponownie do magazynów wewnątrz komórki. (…). Astrocyty przetwarzają informacje pochodzące z neuronów czuciowych i w niektórych przypadkach, komunikując się wcześniej ze sobą, mogą podjąć decyzję o wykorzystaniu naszych neuronów ruchowych, o ile oczywiście nie siedzimy sobie wygodnie przed telewizorem pochłonięci oglądaniem filmu na DVD.

Astrocyty są podstawą naszych funkcji poznawczych, a tym samym są ściśle związane z przetrwaniem naszego gatunku. Być może wypustki tych komórek, nazywane „stopkami końcowymi”, rozchodzą się do naczyń krwionośnych i informują nas, że chce nam się pić. Nie można więc wykluczyć, że decyzję o podniesieniu szklanki wody podejmują astrocyty. Wiemy, że wapń uwalniany jest z wewnętrznych magazynów znajdujących się w astrocytach. Po uwolnieniu jony wapnia przemieszczają się w formie fal do innych astrocytów dzięki międzykomórkowym złączom szczelinowym, które umożliwiają komunikację pomiędzy astrocytami. Być może proces ten odpowiada za to, jak ludzie przechowują i przypominają sobie pewne informacje, tworzą nowe pomysły i wyobrażenia, podejmują decyzje. Wiemy także, że w astrocytach dochodzi do ekspresji receptorów w odpowiedzi na określone rodzaje transmiterów uwolnionych przez neurony. Oddziaływanie transmiterów na astrocyty może wywołać pojawienie się fali wapniowej.

Wiemy również, że astrocyt może nakazać neuronowi wysłanie impulsu nerwowego. Richard K. Orkland w swojej publikacji poświęconej charakterowi komunikacji pomiędzy neuronem a komórką glejową, napisanej wraz ze Stephenem W. Kufflerem (1913–1980), stwierdza: (…) Aktualnie przeprowadzane eksperymenty naukowe nie potwierdzają idei zakładającej, że prądy płynące w komórkach glejowych wpływają na neurony, ponieważ szczeliny międzykomórkowe w znaczący sposób osłabiają rozchodzenie się fal elektromagnetycznych pomiędzy tymi dwoma rodzajami komórek. Jednakże w 1990 roku Harold Kimelberg pracujący w Albany Medical College, usiłując zrozumieć zjawisko obrzęku astrocytów, do którego dochodzi w urazach mózgu, wyhodował astrocyty na płytce Petriego i dodał do nich pewne substancje, które spowodowały wypełnienie się tych komórek płynem. Obrzęk ten wywołał u astrocytów uwalnianie transmiterów.

Zdetronizowane neurony
W 1994 roku w czasopismach „Science” oraz „Nature” jednocześnie i niezależnie od siebie ukazały się dwie prace, które po raz pierwszy opisywały, w jaki sposób astrocyty komunikują się z neuronami. Laboratorium w Iowa State University, w którym pracował Philip G. Haydon, i laboratorium w Cornell University, w którym pracowała Maiken Nedergaard, prowadziły badania nad oddziaływaniem jonów wapnia w astrocytach na neurony. W warunkach hodowlanych Nedergaard poddała stymulacji pojedynczy astrocyt i obserwowała, jak fale wapniowe rozchodzą się do sąsiadujących z nim astrocytów. W trakcie tych obserwacji badaczka zauważyła także wzrost stężenia jonów wapnia w sąsiednim neuronie – zjawisko, które wywołuje uwalnianie transmiterów. W swoim artykule, opracowanym wspólnie z Vladimirem Parpurą i innymi kolegami, Haydon posunął się o krok dalej i zbadał działanie glutaminianu.

Glutaminian jest podstawowym transmiterem pobudzającym, rozpowszechnionym w korze mózgowej. Wcześniej uważano, że jest uwalniany wyłącznie przez neurony. Naukowcy ci wykazali tymczasem, że glutaminian może być uwalniany z astrocytów i wywoływać sygnalizację komórkową w neuronach. W latach 90. XX wieku konsekwencje odkrycia, że glutaminian jest uwalniany przez astrocyty i oddziałuje na neurony, były wprost rewolucyjne. (…) W 1984 roku pracujący na uniwersytecie w Heidelbergu Helmet Kettenmann wraz z kolegami dowiódł, że transmitery, takie jak glutaminian, asparaginian oraz GABA (kwas γ-aminomasłowy) wywołują zmiany potencjału elektrycznego w astrocytach. Już od czasu badań prowadzonych przez Kufflera znano zjawisko zmian potencjału elektrycznego w astrocytach, któremu nie towarzyszył potencjał czynnościowy. Nikt jednak nie wierzył, że transmitery mogą oddziaływać na astrocyty. Nadano im przecież nazwę „neurotransmiterów”.

Kiedy w połowie lat 80. XX wieku Murphy wraz z kolegami przyłączył się do badań nad wpływem glutaminianu na astrocyty, ku zdumieniu wszystkich zrozumiano wreszcie, że transmitery uwolnione przez neurony mogą wywołać powstawanie fali wapniowej w astrocytach. Odkrycie, że glutaminian może oddziaływać na astrocyty, doprowadziło do wykrycia receptorów glutaminianowych na powierzchni błony komórkowej astrocytu. Wpływ doktryny neuronalnej i związane z tym znaczenie, jakie przypisywano neuronom, były tak wszechogarniające, że komórki glejowe były ostatnimi komórkami naszego organizmu, w których odkryto receptory. (…) Przyjęcie mylnej teorii, zakładającej, że komórki glejowe nie odgrywają istotnej roli, co było wynikiem podporządkowania się intelektowi Cajala, doprowadziło do tego, że najliczniejsza z komórek mózgowych była ostatnią komórką, w której znaleziono receptory. Sygnalizacja receptorowa występuje we wszystkich komórkach naszego organizmu. Jednakże w przypadku mózgu sądzono, że jest ona wyłącznie domeną neuronów. Tym samym wstrzymano badania nad komórkami odpowiedzialnymi za procesy myślowe!

Nie tylko przyprawa
(…) Kiedy Phillip G. Haydon, Vladimir Purpura i ich koledzy odkryli, że astrocyty posiadają zdolność uwalniania glutaminianu do przestrzeni zewnątrzkomórkowej w sposób przypominający ten, w jaki dokonują tego neurony – a kolejne odrębne badania wykazały, że astrocyty mogą wywołać potencjał czynnościowy w neuronach – okazało się, że neuron, w całej swojej wspaniałości, robi to, co każą mu komórki glejowe. Jako że w astrocytach dochodzi do ekspresji receptorów dla neurotransmiterów, można oczywiście spojrzeć na tę kwestię na zasadzie „neuron także mówi komórkom glejowym, co mają robić”. To prawda.

Jednak charakter wyładowań neuronalnych łączy je z funkcjami czuciowymi lub ruchowymi, z przesyłaniem sygnałów z ośrodków zmysłowych i przekazywaniem ich do mięśni. U astrocytów nie występują takie powiązania. Komórki te przetwarzają sygnały nerwowe i wywołują działanie neuronów na mięśnie oraz organy wewnętrzne. (…) Haydon opisał aktywność neuron–astrocyt–neuron jako „synapsę trójdzielną”. Według tej teorii do neuronu dociera informacja nakazująca mu przesłać sygnał do kolejnego neuronu, podobnie jak ma to miejsce w przypadku kelnera przynoszącego posiłek klientowi, astrocyt zaś dodaje sól i pieprz do tej potrawy. Teoria trójdzielności nie uwzględnia jednak zdolności astrocytu do samorzutnego przesłania sygnału do neuronu, niepoprzedzonego reakcją na bodziec neuronalny. Astrocyt nie tylko dodaje sól i pieprz do potrawy – astrocyt jest kucharzem przyrządzającym posiłek.

Powiedzmy, że chcesz uderzyć kogoś pięścią w twarz. Może ta osoba kazała ci iść do diabła. Może obraziła twoją matkę. A może jesteś święcie przekonany, że smerfy były lepsze niż snurki, a ten gość bierze stronę snurków. Tak czy inaczej, twój mózg odbiera jakiś bodziec czuciowy. Dociera on do kory mózgowej i w miarę jak przetwarzasz w głowie bodziec zakładający wyższość snurków, twoje astrocyty w odpowiedzi na niego uwalniają fale wapniowe. Na podstawie wcześniejszego doświadczenia, wzmocnionego już dzięki sygnalizacji wapniowej zachodzącej w astrocytach, przypominasz sobie, że snurki są do niczego. Częstość wysyłanych fal wapniowych nakazuje neuronom wysłać impulsy nerwowe, zamierzasz się zatem i walisz biedaka pięścią prosto między te kochające snurki oczy. Reakcja może być tak gwałtowna, że przybiera formę odruchu z zupełnym pominięciem astrocytów. Dowiedziono, że astrocyty kurczą swoje ciała komórkowe, by umożliwić neuronom swobodne przekazywanie sobie sygnałów.

Komórki te rozluźniają i podciągają stopki końcowe jak dziecko zjeżdżające z górki na trójkołowcu. Neurony mogą bez przeszkód i zupełnie samodzielnie wysyłać szybkie impulsy nerwowe powodujące powstanie reakcji odruchowej, bez ograniczeń nakładanych przez proces myślenia. Proces wzbudzania fal wapniowych przez astrocyty trwa o wiele dłużej niż w przypadku neuronów. Mogą one zostać przygotowane do uwolnienia na poziomie synaptycznym na poczet dyskusji na temat smerfów i snurków, ponieważ już wcześniej gruntownie zastanowiliśmy się nad tym tematem. Gdy tylko usłyszysz, że „snurki są lepsze niż smerfy”, astrocyty otaczające synapsy po prostu skierowują już przygotowane fale wapniowe do kory ruchowej, co kończy się zamachem ręką i wymierzeniem ciosu.

Fale wapniowe a twórczość
Skąd biorą się nasze myśli i rozważania? W jaki sposób doznajemy olśnienia? Jeśli umieścimy astrocyty razem z neuronami na płytce hodowlanej, samorzutna sygnalizacja wapniowa u astrocytów może nie tylko wzbudzić fale wapniowe, ale fale te mogą także wywołać pojawienie się sygnalizacji neuronalnej. Zjawisko to może wyjaśnić mechanizm służący nam do opisywania wytworów naszej wyobraźni. W jaki sposób George Lucas wpadł na pomysł założenia Darthowi Vaderowi czarnego hełmu o takim właśnie kształcie? Czy jabłko, które uderzyło Newtona w głowę, przypadkowo nie wzbudziło także sygnału wapniowego wyemitowanego przez astrocyt w postaci fali wapniowej? Można by rzec, że książka „W poszukiwaniu straconego czasu” Marcela Prousta jest niczym jedna długa fala wapniowa płynąca przez jego korę mózgową. Nie próbujmy nawet rozważać, jak powstały stworzenia wymyślone przez Jima Hensona.

Samorzutna sygnalizacja wapniowa oraz następujące w jej wyniku wyładowania neuronalne mogą stanowić akt tworzenia. Samorzutnie powstające fale wapniowe zalewają także astrocyty, które przechowują informacje oparte na naszych wcześniejszych doświadczeniach, tym samym wpływając na proces twórczy. (…) Odkryto także, że wszystkie transmitery nie tylko oddziałują na astrocyty, ale gdy uwalniane są przez neurony, mogą być także transportowane do astrocytów, gdzie ulegają rozkładowi i ponownemu łączeniu. Wykazano, że sytuacja taka ma miejsce w przypadku wszystkich transmiterów: glutaminianu, dopaminy, serotoniny itd. Jednak dopiero 10 lat temu zdobyto wiedzę na temat tego, co się dzieje z tymi transmiterami w momencie, gdy są ponownie syntetyzowane w astrocytach. Naukowcy odkryli, że glutaminian uwalniany z astrocytów może być tym samym glutaminianem, który pobierany jest z przestrzeni zewnątrzkomórkowej, kiedy uwolnią go neurony (lub astrocyty). Astrocyty uwalniają glutaminian tak samo jak neurony. (…) Wykazano, że oprócz glutaminianu astrocyty uwalniają także wszystkie pozostałe rodzaje transmiterów.

Receptory astrocytów na poziomie synaptycznym odpowiadają rodzajowi neuronów, w pobliżu których się znajdują. Jeśli astrocyt zlokalizowany jest w korze mózgowej, prawdopodobnie będzie posiadał receptory glutaminianowe. Jeśli zaś astrocyt znajduje się w jądrach podstawnych mózgu, czyli w obszarze, który ulega uszkodzeniu w chorobie Parkinsona, będzie reagował na dopaminę. Istnieją dowody świadczące o tym, że kanały znajdujące się w międzykomórkowych złączach szczelinowych (w miejscach, w których astrocyty łączą się ze sobą) także uwalniają glutaminian i transmitery z astrocytów. Kiedy fala dociera do międzykomórkowego złącza szczelinowego, glutaminian może się wydostać z komórki. Nie znamy jednak funkcji pełnionych przez mechanizm uwalniania kanałowego. (…) W korze mózgowej pojedynczy astrocyt panuje nad otaczającym go środowiskiem.

Kontrolując dopływ krwi, astrocyty kontrolują także napływ substancji odżywczych do mózgu. Komórki te uwalniają transmitery na poziomie synaptycznym, kontrolując tym samym wyładowania neuronalne. Nie tylko otrzymują informacje z neuronów, ale także wchłaniają transmitery uwalniane przez neurony. Astrocyt może nawet narzucić neuronowi rodzaj sygnału, który neuron powinien wysłać. Neurony dysponują zdolnością do wysyłania impulsów z różną częstotliwością. Badania wykazały, że sygnały o mniejszej długości fali elektromagnetycznej mogą ulec wzmocnieniu, podczas gdy sygnały o większej długości fali mogą ulec stłumieniu, jeśli dojdzie do wysłania sygnału przez określony astrocyt na poziomie synaptycznym. W hipokampie, obszarze mózgu odpowiedzialnym za generowanie nowych wspomnień, około 80% dużych kontaktów synaptycznych otoczonych jest astrocytami. Gdy neurony przekazują informacje pochodzące z ośrodków zmysłowych, fale wapniowe będące reakcją wyładowania neuronalnego rozchodzą się w hipokampie z częstotliwością zbliżoną do częstotliwości wyładowania neuronalnego.

Fale te rozchodzą się tylko wówczas, gdy wyładowanie neuronalne ma wystarczająco dużą siłę. Wcześniej panowało przekonanie, że proces tworzenia pamięci w hipokampie opiera się wyłącznie na neuronach. Jednak fale wapniowe wysyłane są częściej i łatwiej je wzbudzić, jeśli neuron znajdujący się w tym obszarze już wcześniej wysłał silny impuls. Silne wyładowanie na poziomie synaptycznym wskazuje na silny bodziec dochodzący z obszarów zmysłowych. Silne wyładowania neuronalne zwiększają zdolność aksonu do wysłania impulsu przy kolejnym pobudzeniu tej komórki.

Ale w przypadku astrocytów silny bodziec pochodzący z neuronów zwiększa także częstotliwość fal wapniowych, które rozchodzą się do wszystkich sąsiednich astrocytów. Pamięć tworzona jest w hipokampie, natomiast informacje służące do jej utworzenia mają swoją siedzibę w korze mózgowej. Ta zaś jest opanowana przez astrocyty. Neurony tworzą lepszą drogę – autostradę, po której mogą się przemieszczać bodźce z ośrodków zmysłowych. Jednak informacje są przetwarzane i przechowywane w astrocytach.

Inne funkcje
Astrocyty to nie tylko komórki, w których ulokowane są nasze myśli i pamięć. Mogą one także wpływać na stężenie hormonów w naszym organizmie. Astrocyty wytwarzają białka w obszarach mózgu odpowiedzialnych za homeostazę wodną oraz mikrocyrkulację, jaka zachodzi w naczyniach mózgowych. Białka te nazywane są wazoaktywnym peptydem jelitowym, przedsionkowym peptydem natriuretycznym oraz angiotensynogenem mózgowym (…). Oddziałują one na neurony, które uwalniają hormony do krwiobiegu. Neurony, które mają zdolność wydzielania hormonów do krwi, znajdują się także w podwzgórzu. Do wydzielania hormonów odpowiedzialnych za zachowanie równowagi płynów ustrojowych dochodzi pod wpływem komórek glejowych. Oddziałując na neurony, komórki glejowe powodują uwolnienie do krwi wazopresyny oraz oksytocyny, które są hormonami bezpośrednio odpowiedzialnymi za regulację zasobów płynów ustrojowych.

Astrocyty mogą także zmieniać wygląd synapsy. Działając niczym woda na rośliny, astrocyt zrasza deszczem neurony, wspomagając tym samym ich proces wzrostu. Bez astrocytów neurony nie osiągają dużych rozmiarów i wytwarzają nieliczne połączenia. Podobnie jak uprawy prowadzone na terenach półpustynnych, które dotknęła susza, neurony tkwią żałosne i kruche na płytce Petriego, opuszczone i ponure. Aż się serce kraje. Wystarczy jednak, że dodamy kilka astrocytów, i wszystko zaczyna zakwitać jak po dotknięciu palcem przez E.T. (…) mogą one wzbudzać odrost neuronów. Astrocyty mogą także wywołać u neuronów tworzenie wielu dodatkowych synaps. W warunkach hodowlanych same neurony tworzą niewiele synaps i nie osiągają dojrzałości. Wykorzystując neurony, astrocyty budują sobie drogi, dzięki którym mogą przekazywać informacje na duże odległości.

W 2001 roku, pracując w laboratorium Franka W. Pfriegera w Strasburgu, Mauch wraz z kolegami wyizolowali cząsteczkę odpowiedzialną za wzrost tempa synaptogenezy (procesu tworzenia się nowych połączeń międzyneuronalnych). Badacze nie spodziewali się, że tą nader ważną cząsteczką będzie cholesterol. Astrocyty dysponują zdolnością syntetyzowania cholesterolu i uwalniania go z wnętrza swoich ciał komórkowych. Astrocyty utrzymują synapsę po prostu dzięki swojej obecności, która wzmacnia połączenie międzyneuronalne poprzez czynniki wzrostu i proces sygnalizacji uaktywniany przez transmitery. Wykazano także, że komórki glejowe posiadają zdolność eliminowania połączeń synaptycznych. Najwyraźniej w sytuacji gdy synapsa znajdzie się w niełasce, jest odrzucana jak nieużywane tory kolejowe. (…) Naukowcy powoli zdają sobie sprawę ze stu lat szaleństwa związanego z nazywaniem wszystkiego w tej dziedzinie nauki na cześć neuronu. Czynią to dzięki astrocytom.

Więcej w specjalnym wydaniu miesięcznika „Wiedza i Życie" nr 05/2010 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2018
10/2018
Kalendarium
Listopad
18
W 1934 r. amerykański lotnik Richard Byrd odkrył wulkan Mount Sidley na Antarktydzie.
Warto przeczytać
Czy można badać kosmos zwykłym kijem? Jaki kolor ma wszechświat? Czy stojąc na szczycie Mount Everestu, jesteśmy najdalej od środka Ziemi?

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrew Koob | dodano: 2012-09-26
Tam, gdzie rodzą się myśli

Najliczniejszymi komórkami ludzkiej kory mózgowej, części mózgu decydującej o naszym człowieczeństwie, są astrocyty.  

Owinięte astrocytami (rodzaj komórek glejowych) neurony obserwują przepływ fal wapniowych przez korę mózgową. Nie są jednak tylko postronnymi widzami. W miarę jak fala wapniowa rozchodzi się do innych astrocytów, wapń poddawany jest procesowi sekwestracji i kierowany ponownie do magazynów wewnątrz komórki. (…). Astrocyty przetwarzają informacje pochodzące z neuronów czuciowych i w niektórych przypadkach, komunikując się wcześniej ze sobą, mogą podjąć decyzję o wykorzystaniu naszych neuronów ruchowych, o ile oczywiście nie siedzimy sobie wygodnie przed telewizorem pochłonięci oglądaniem filmu na DVD.

Astrocyty są podstawą naszych funkcji poznawczych, a tym samym są ściśle związane z przetrwaniem naszego gatunku. Być może wypustki tych komórek, nazywane „stopkami końcowymi”, rozchodzą się do naczyń krwionośnych i informują nas, że chce nam się pić. Nie można więc wykluczyć, że decyzję o podniesieniu szklanki wody podejmują astrocyty. Wiemy, że wapń uwalniany jest z wewnętrznych magazynów znajdujących się w astrocytach. Po uwolnieniu jony wapnia przemieszczają się w formie fal do innych astrocytów dzięki międzykomórkowym złączom szczelinowym, które umożliwiają komunikację pomiędzy astrocytami. Być może proces ten odpowiada za to, jak ludzie przechowują i przypominają sobie pewne informacje, tworzą nowe pomysły i wyobrażenia, podejmują decyzje. Wiemy także, że w astrocytach dochodzi do ekspresji receptorów w odpowiedzi na określone rodzaje transmiterów uwolnionych przez neurony. Oddziaływanie transmiterów na astrocyty może wywołać pojawienie się fali wapniowej.

Wiemy również, że astrocyt może nakazać neuronowi wysłanie impulsu nerwowego. Richard K. Orkland w swojej publikacji poświęconej charakterowi komunikacji pomiędzy neuronem a komórką glejową, napisanej wraz ze Stephenem W. Kufflerem (1913–1980), stwierdza: (…) Aktualnie przeprowadzane eksperymenty naukowe nie potwierdzają idei zakładającej, że prądy płynące w komórkach glejowych wpływają na neurony, ponieważ szczeliny międzykomórkowe w znaczący sposób osłabiają rozchodzenie się fal elektromagnetycznych pomiędzy tymi dwoma rodzajami komórek. Jednakże w 1990 roku Harold Kimelberg pracujący w Albany Medical College, usiłując zrozumieć zjawisko obrzęku astrocytów, do którego dochodzi w urazach mózgu, wyhodował astrocyty na płytce Petriego i dodał do nich pewne substancje, które spowodowały wypełnienie się tych komórek płynem. Obrzęk ten wywołał u astrocytów uwalnianie transmiterów.

Zdetronizowane neurony
W 1994 roku w czasopismach „Science” oraz „Nature” jednocześnie i niezależnie od siebie ukazały się dwie prace, które po raz pierwszy opisywały, w jaki sposób astrocyty komunikują się z neuronami. Laboratorium w Iowa State University, w którym pracował Philip G. Haydon, i laboratorium w Cornell University, w którym pracowała Maiken Nedergaard, prowadziły badania nad oddziaływaniem jonów wapnia w astrocytach na neurony. W warunkach hodowlanych Nedergaard poddała stymulacji pojedynczy astrocyt i obserwowała, jak fale wapniowe rozchodzą się do sąsiadujących z nim astrocytów. W trakcie tych obserwacji badaczka zauważyła także wzrost stężenia jonów wapnia w sąsiednim neuronie – zjawisko, które wywołuje uwalnianie transmiterów. W swoim artykule, opracowanym wspólnie z Vladimirem Parpurą i innymi kolegami, Haydon posunął się o krok dalej i zbadał działanie glutaminianu.

Glutaminian jest podstawowym transmiterem pobudzającym, rozpowszechnionym w korze mózgowej. Wcześniej uważano, że jest uwalniany wyłącznie przez neurony. Naukowcy ci wykazali tymczasem, że glutaminian może być uwalniany z astrocytów i wywoływać sygnalizację komórkową w neuronach. W latach 90. XX wieku konsekwencje odkrycia, że glutaminian jest uwalniany przez astrocyty i oddziałuje na neurony, były wprost rewolucyjne. (…) W 1984 roku pracujący na uniwersytecie w Heidelbergu Helmet Kettenmann wraz z kolegami dowiódł, że transmitery, takie jak glutaminian, asparaginian oraz GABA (kwas γ-aminomasłowy) wywołują zmiany potencjału elektrycznego w astrocytach. Już od czasu badań prowadzonych przez Kufflera znano zjawisko zmian potencjału elektrycznego w astrocytach, któremu nie towarzyszył potencjał czynnościowy. Nikt jednak nie wierzył, że transmitery mogą oddziaływać na astrocyty. Nadano im przecież nazwę „neurotransmiterów”.

Kiedy w połowie lat 80. XX wieku Murphy wraz z kolegami przyłączył się do badań nad wpływem glutaminianu na astrocyty, ku zdumieniu wszystkich zrozumiano wreszcie, że transmitery uwolnione przez neurony mogą wywołać powstawanie fali wapniowej w astrocytach. Odkrycie, że glutaminian może oddziaływać na astrocyty, doprowadziło do wykrycia receptorów glutaminianowych na powierzchni błony komórkowej astrocytu. Wpływ doktryny neuronalnej i związane z tym znaczenie, jakie przypisywano neuronom, były tak wszechogarniające, że komórki glejowe były ostatnimi komórkami naszego organizmu, w których odkryto receptory. (…) Przyjęcie mylnej teorii, zakładającej, że komórki glejowe nie odgrywają istotnej roli, co było wynikiem podporządkowania się intelektowi Cajala, doprowadziło do tego, że najliczniejsza z komórek mózgowych była ostatnią komórką, w której znaleziono receptory. Sygnalizacja receptorowa występuje we wszystkich komórkach naszego organizmu. Jednakże w przypadku mózgu sądzono, że jest ona wyłącznie domeną neuronów. Tym samym wstrzymano badania nad komórkami odpowiedzialnymi za procesy myślowe!

Nie tylko przyprawa
(…) Kiedy Phillip G. Haydon, Vladimir Purpura i ich koledzy odkryli, że astrocyty posiadają zdolność uwalniania glutaminianu do przestrzeni zewnątrzkomórkowej w sposób przypominający ten, w jaki dokonują tego neurony – a kolejne odrębne badania wykazały, że astrocyty mogą wywołać potencjał czynnościowy w neuronach – okazało się, że neuron, w całej swojej wspaniałości, robi to, co każą mu komórki glejowe. Jako że w astrocytach dochodzi do ekspresji receptorów dla neurotransmiterów, można oczywiście spojrzeć na tę kwestię na zasadzie „neuron także mówi komórkom glejowym, co mają robić”. To prawda.

Jednak charakter wyładowań neuronalnych łączy je z funkcjami czuciowymi lub ruchowymi, z przesyłaniem sygnałów z ośrodków zmysłowych i przekazywaniem ich do mięśni. U astrocytów nie występują takie powiązania. Komórki te przetwarzają sygnały nerwowe i wywołują działanie neuronów na mięśnie oraz organy wewnętrzne. (…) Haydon opisał aktywność neuron–astrocyt–neuron jako „synapsę trójdzielną”. Według tej teorii do neuronu dociera informacja nakazująca mu przesłać sygnał do kolejnego neuronu, podobnie jak ma to miejsce w przypadku kelnera przynoszącego posiłek klientowi, astrocyt zaś dodaje sól i pieprz do tej potrawy. Teoria trójdzielności nie uwzględnia jednak zdolności astrocytu do samorzutnego przesłania sygnału do neuronu, niepoprzedzonego reakcją na bodziec neuronalny. Astrocyt nie tylko dodaje sól i pieprz do potrawy – astrocyt jest kucharzem przyrządzającym posiłek.

Powiedzmy, że chcesz uderzyć kogoś pięścią w twarz. Może ta osoba kazała ci iść do diabła. Może obraziła twoją matkę. A może jesteś święcie przekonany, że smerfy były lepsze niż snurki, a ten gość bierze stronę snurków. Tak czy inaczej, twój mózg odbiera jakiś bodziec czuciowy. Dociera on do kory mózgowej i w miarę jak przetwarzasz w głowie bodziec zakładający wyższość snurków, twoje astrocyty w odpowiedzi na niego uwalniają fale wapniowe. Na podstawie wcześniejszego doświadczenia, wzmocnionego już dzięki sygnalizacji wapniowej zachodzącej w astrocytach, przypominasz sobie, że snurki są do niczego. Częstość wysyłanych fal wapniowych nakazuje neuronom wysłać impulsy nerwowe, zamierzasz się zatem i walisz biedaka pięścią prosto między te kochające snurki oczy. Reakcja może być tak gwałtowna, że przybiera formę odruchu z zupełnym pominięciem astrocytów. Dowiedziono, że astrocyty kurczą swoje ciała komórkowe, by umożliwić neuronom swobodne przekazywanie sobie sygnałów.

Komórki te rozluźniają i podciągają stopki końcowe jak dziecko zjeżdżające z górki na trójkołowcu. Neurony mogą bez przeszkód i zupełnie samodzielnie wysyłać szybkie impulsy nerwowe powodujące powstanie reakcji odruchowej, bez ograniczeń nakładanych przez proces myślenia. Proces wzbudzania fal wapniowych przez astrocyty trwa o wiele dłużej niż w przypadku neuronów. Mogą one zostać przygotowane do uwolnienia na poziomie synaptycznym na poczet dyskusji na temat smerfów i snurków, ponieważ już wcześniej gruntownie zastanowiliśmy się nad tym tematem. Gdy tylko usłyszysz, że „snurki są lepsze niż smerfy”, astrocyty otaczające synapsy po prostu skierowują już przygotowane fale wapniowe do kory ruchowej, co kończy się zamachem ręką i wymierzeniem ciosu.

Fale wapniowe a twórczość
Skąd biorą się nasze myśli i rozważania? W jaki sposób doznajemy olśnienia? Jeśli umieścimy astrocyty razem z neuronami na płytce hodowlanej, samorzutna sygnalizacja wapniowa u astrocytów może nie tylko wzbudzić fale wapniowe, ale fale te mogą także wywołać pojawienie się sygnalizacji neuronalnej. Zjawisko to może wyjaśnić mechanizm służący nam do opisywania wytworów naszej wyobraźni. W jaki sposób George Lucas wpadł na pomysł założenia Darthowi Vaderowi czarnego hełmu o takim właśnie kształcie? Czy jabłko, które uderzyło Newtona w głowę, przypadkowo nie wzbudziło także sygnału wapniowego wyemitowanego przez astrocyt w postaci fali wapniowej? Można by rzec, że książka „W poszukiwaniu straconego czasu” Marcela Prousta jest niczym jedna długa fala wapniowa płynąca przez jego korę mózgową. Nie próbujmy nawet rozważać, jak powstały stworzenia wymyślone przez Jima Hensona.

Samorzutna sygnalizacja wapniowa oraz następujące w jej wyniku wyładowania neuronalne mogą stanowić akt tworzenia. Samorzutnie powstające fale wapniowe zalewają także astrocyty, które przechowują informacje oparte na naszych wcześniejszych doświadczeniach, tym samym wpływając na proces twórczy. (…) Odkryto także, że wszystkie transmitery nie tylko oddziałują na astrocyty, ale gdy uwalniane są przez neurony, mogą być także transportowane do astrocytów, gdzie ulegają rozkładowi i ponownemu łączeniu. Wykazano, że sytuacja taka ma miejsce w przypadku wszystkich transmiterów: glutaminianu, dopaminy, serotoniny itd. Jednak dopiero 10 lat temu zdobyto wiedzę na temat tego, co się dzieje z tymi transmiterami w momencie, gdy są ponownie syntetyzowane w astrocytach. Naukowcy odkryli, że glutaminian uwalniany z astrocytów może być tym samym glutaminianem, który pobierany jest z przestrzeni zewnątrzkomórkowej, kiedy uwolnią go neurony (lub astrocyty). Astrocyty uwalniają glutaminian tak samo jak neurony. (…) Wykazano, że oprócz glutaminianu astrocyty uwalniają także wszystkie pozostałe rodzaje transmiterów.

Receptory astrocytów na poziomie synaptycznym odpowiadają rodzajowi neuronów, w pobliżu których się znajdują. Jeśli astrocyt zlokalizowany jest w korze mózgowej, prawdopodobnie będzie posiadał receptory glutaminianowe. Jeśli zaś astrocyt znajduje się w jądrach podstawnych mózgu, czyli w obszarze, który ulega uszkodzeniu w chorobie Parkinsona, będzie reagował na dopaminę. Istnieją dowody świadczące o tym, że kanały znajdujące się w międzykomórkowych złączach szczelinowych (w miejscach, w których astrocyty łączą się ze sobą) także uwalniają glutaminian i transmitery z astrocytów. Kiedy fala dociera do międzykomórkowego złącza szczelinowego, glutaminian może się wydostać z komórki. Nie znamy jednak funkcji pełnionych przez mechanizm uwalniania kanałowego. (…) W korze mózgowej pojedynczy astrocyt panuje nad otaczającym go środowiskiem.

Kontrolując dopływ krwi, astrocyty kontrolują także napływ substancji odżywczych do mózgu. Komórki te uwalniają transmitery na poziomie synaptycznym, kontrolując tym samym wyładowania neuronalne. Nie tylko otrzymują informacje z neuronów, ale także wchłaniają transmitery uwalniane przez neurony. Astrocyt może nawet narzucić neuronowi rodzaj sygnału, który neuron powinien wysłać. Neurony dysponują zdolnością do wysyłania impulsów z różną częstotliwością. Badania wykazały, że sygnały o mniejszej długości fali elektromagnetycznej mogą ulec wzmocnieniu, podczas gdy sygnały o większej długości fali mogą ulec stłumieniu, jeśli dojdzie do wysłania sygnału przez określony astrocyt na poziomie synaptycznym. W hipokampie, obszarze mózgu odpowiedzialnym za generowanie nowych wspomnień, około 80% dużych kontaktów synaptycznych otoczonych jest astrocytami. Gdy neurony przekazują informacje pochodzące z ośrodków zmysłowych, fale wapniowe będące reakcją wyładowania neuronalnego rozchodzą się w hipokampie z częstotliwością zbliżoną do częstotliwości wyładowania neuronalnego.

Fale te rozchodzą się tylko wówczas, gdy wyładowanie neuronalne ma wystarczająco dużą siłę. Wcześniej panowało przekonanie, że proces tworzenia pamięci w hipokampie opiera się wyłącznie na neuronach. Jednak fale wapniowe wysyłane są częściej i łatwiej je wzbudzić, jeśli neuron znajdujący się w tym obszarze już wcześniej wysłał silny impuls. Silne wyładowanie na poziomie synaptycznym wskazuje na silny bodziec dochodzący z obszarów zmysłowych. Silne wyładowania neuronalne zwiększają zdolność aksonu do wysłania impulsu przy kolejnym pobudzeniu tej komórki.

Ale w przypadku astrocytów silny bodziec pochodzący z neuronów zwiększa także częstotliwość fal wapniowych, które rozchodzą się do wszystkich sąsiednich astrocytów. Pamięć tworzona jest w hipokampie, natomiast informacje służące do jej utworzenia mają swoją siedzibę w korze mózgowej. Ta zaś jest opanowana przez astrocyty. Neurony tworzą lepszą drogę – autostradę, po której mogą się przemieszczać bodźce z ośrodków zmysłowych. Jednak informacje są przetwarzane i przechowywane w astrocytach.

Inne funkcje
Astrocyty to nie tylko komórki, w których ulokowane są nasze myśli i pamięć. Mogą one także wpływać na stężenie hormonów w naszym organizmie. Astrocyty wytwarzają białka w obszarach mózgu odpowiedzialnych za homeostazę wodną oraz mikrocyrkulację, jaka zachodzi w naczyniach mózgowych. Białka te nazywane są wazoaktywnym peptydem jelitowym, przedsionkowym peptydem natriuretycznym oraz angiotensynogenem mózgowym (…). Oddziałują one na neurony, które uwalniają hormony do krwiobiegu. Neurony, które mają zdolność wydzielania hormonów do krwi, znajdują się także w podwzgórzu. Do wydzielania hormonów odpowiedzialnych za zachowanie równowagi płynów ustrojowych dochodzi pod wpływem komórek glejowych. Oddziałując na neurony, komórki glejowe powodują uwolnienie do krwi wazopresyny oraz oksytocyny, które są hormonami bezpośrednio odpowiedzialnymi za regulację zasobów płynów ustrojowych.

Astrocyty mogą także zmieniać wygląd synapsy. Działając niczym woda na rośliny, astrocyt zrasza deszczem neurony, wspomagając tym samym ich proces wzrostu. Bez astrocytów neurony nie osiągają dużych rozmiarów i wytwarzają nieliczne połączenia. Podobnie jak uprawy prowadzone na terenach półpustynnych, które dotknęła susza, neurony tkwią żałosne i kruche na płytce Petriego, opuszczone i ponure. Aż się serce kraje. Wystarczy jednak, że dodamy kilka astrocytów, i wszystko zaczyna zakwitać jak po dotknięciu palcem przez E.T. (…) mogą one wzbudzać odrost neuronów. Astrocyty mogą także wywołać u neuronów tworzenie wielu dodatkowych synaps. W warunkach hodowlanych same neurony tworzą niewiele synaps i nie osiągają dojrzałości. Wykorzystując neurony, astrocyty budują sobie drogi, dzięki którym mogą przekazywać informacje na duże odległości.

W 2001 roku, pracując w laboratorium Franka W. Pfriegera w Strasburgu, Mauch wraz z kolegami wyizolowali cząsteczkę odpowiedzialną za wzrost tempa synaptogenezy (procesu tworzenia się nowych połączeń międzyneuronalnych). Badacze nie spodziewali się, że tą nader ważną cząsteczką będzie cholesterol. Astrocyty dysponują zdolnością syntetyzowania cholesterolu i uwalniania go z wnętrza swoich ciał komórkowych. Astrocyty utrzymują synapsę po prostu dzięki swojej obecności, która wzmacnia połączenie międzyneuronalne poprzez czynniki wzrostu i proces sygnalizacji uaktywniany przez transmitery. Wykazano także, że komórki glejowe posiadają zdolność eliminowania połączeń synaptycznych. Najwyraźniej w sytuacji gdy synapsa znajdzie się w niełasce, jest odrzucana jak nieużywane tory kolejowe. (…) Naukowcy powoli zdają sobie sprawę ze stu lat szaleństwa związanego z nazywaniem wszystkiego w tej dziedzinie nauki na cześć neuronu. Czynią to dzięki astrocytom.