Andrew Koob fick sin Ph. D. inom neurovetenskap från Purdue University i år 2005, och har haft forskartjänster vid Dartmouth College, University of California, San Diego, och Universitetet i München, Tyskland. Han är också författare till roten av tanken, som utforskar syftet och funktionen hos glialceller, den mest rikliga celltypen i hjärnan., Mind Matters redaktör Jonah Lehrer chattar med Koob om varför glia har förbisetts i århundraden, och hur nya experiment med glialceller belysa några av de mest mystiska aspekterna av sinnet.
LEHRER: din nya bok, roten till tanken, handlar om kraften i glialceller, som faktiskt utgör nästan 90 procent av cellerna i hjärnan. Vad gör glialceller? Och varför har vi så många i huvudet?
KOOB: ursprungligen trodde forskare inte att de gjorde någonting., Fram till de senaste 20 åren trodde hjärnforskare att neuroner kommunicerade med varandra, representerade våra tankar, och att glia var ungefär som stuckatur och murbruk som höll huset tillsammans. De betraktades som enkla isolatorer för neuron kommunikation. Det finns några typer av glialceller, men nyligen har forskare börjat fokusera på en viss typ av glialcell som kallas ”astrocyten”, eftersom de är rikliga i cortex. Intressant, när du går upp den evolutionära stegen, astrocyter i cortex ökar i storlek och antal, med människor som har de mest astrocyter och även den största., Forskare har också upptäckt att astrocyter kommunicerar med sig själva i cortex och kan också skicka information till neuroner. Slutligen är astrocyter också den vuxna stamcellen i hjärnan och kontrollerar blodflödet till regioner av hjärnaktivitet. På grund av alla dessa viktiga egenskaper, och eftersom cortex tros vara ansvarig för högre tanke, har forskare börjat inse att astrocyter måste bidra till tanken.
LEHRER: Varför har glia försummats så länge?
KOOB: för att förstå detta måste du ta en rundtur i hjärnvetenskapens historia., Glia var främst ett sidofält i 200 år i kampen över idén om neuron. Några höjdpunkter var: i slutet av 1700-talet upptäckte forskare neurons elektriska egenskaper i grodarnas ryggrad. Neuroner har långa tjuder som är lätta att studera kallas ”axoner” som sträcker sig från cellkroppen från hjärnan till ryggraden och ryggraden ut till lemmar och kropp. På samma sätt var neuroner i sinnena kopplade till neuronerna i hjärnan. Det var här begreppet neuroner som basen av våra tankar tog rot., I mitten av 1800-talet upptäcktes glia bara, och forskare tänkte att gliacellerna helt enkelt höll neuronerna ihop (glia är grekiskt för lim). Vad jag tycker är ganska lustigt är att forskare snubblade på en väldigt många cell i hjärnan, ett organ som ansvarar för våra tankar och personlighet, men de var så fokuserade på neuroner att de drog slutsatsen att den nya cellen var värdelös. I slutet av 1800-talet utvecklades en färgningsmetod för att titta på celler mer effektivt i hjärnan., En lysande forskare från Spanien, Santiago Ramon y Cajal, tog det på sig att studera hjärnan ur neurons perspektiv. Han kartlade noggrant ett schema för hur de behandlar information och är kopplade, vilket ledde till ”Neurondoktrinen.”(”Neuron doktrinen” är en tro på att neuroner är ansvariga för våra tankar.) Cajal verkade dock besvärad av glialceller. De var väldigt många och uppenbarligen hängde över hela cortexen., Samtidigt utvecklade hans bror Pedro, som också var forskare, teorin att glialceller var ”stödceller” som isolerade neuron elektriska egenskaper. Cajal bestämde sig för att stödja sin brors teori. Och sedan 1906 när han vann Nobelpriset har detta varit dogmen.
LEHRER: kan du beskriva några av de tidiga experimenten som först ledde forskare att ompröva rollen som glialceller?
KOOB: Glial experiment kom inte fram till 1960-talet. alla forskare visste om glia var att om du sätter nervceller i petriskål, var du tvungen att ha glia, eller neuroner skulle dö. Sedan, Stephen W., Kuffler på Harvard, av okänd anledning, bestämde sig för att testa Pedros accepterade isoleringsteori. Detta var ungefär samtidigt som cellantal i hjärnan avslöjade glialceller att vara nästan 90% av hjärnan (det är här den neuron baserade idén att vi bara använder 10% av vår hjärna kommer från). Kuffler är anmärkningsvärd eftersom han ironiskt etablerade Harvard ’neuro’ biologi avdelning medan han utförde dessa banbrytande glial experiment. Hur som helst tog Kuffler astrocyter från leech och mudvalpen och tillsatte kalium, något som är känt för att strömma ut ur neuroner efter att de stimuleras., Han trodde att detta skulle bekräfta Pedros teori om att glialceller var isolatorer. Vad han fann istället var att den elektriska potentialen hos glialceller svarade på kalium. Kuffler och kollegor fann att astrocyter uppvisade en elektrisk potential, ungefär som neuroner. De upptäckte också i grodan och leech att astrocyter påverkades av neuronal jonbyte, en process som länge hölls för att vara den kemiska motsvarigheten till tanken., Sedan dess har många forskare genomfört experiment på kommunikativa förmåga glialceller med neuroner, bland annat i slutet av 80-talet och början av 90-talet när det upptäcktes glialceller svara på och släppa ”neuro” sändare.
LEHRER: Varför är kalciumvågor viktiga?
KOOB: kort sagt är kalciumvågor hur astrocyter kommunicerar med sig själva. Astrocyter har hundratals ”endfeet” sprider ut från sin kropp. De ser ut som mini octopi, och de kopplar dessa endfeet med blodkärl, andra astrocyter och neuronala synapser., Kalcium frigörs från interna butiker i astrocyter när de stimuleras, då reser kalcium genom sin endfeet till andra astrocyter. Termen ”kalciumvågor” beskriver kalciumfrisättning och utbyte mellan astrocyter och mellan astrocyter och neuroner. Forskare vid Yale, framför allt Ann H. Cornell-Bell och Steven Finkbeiner, har visat att kalciumvågor kan spridas från stimuleringspunkten för en astrocyt till alla andra astrocyter i ett område hundratals gånger storleken på den ursprungliga astrocyten. Dessutom kan kalciumvågor också orsaka neuroner att skjuta., Och kalciumvågor i cortex leder forskare att dra slutsatsen att denna kommunikationsstil kan bidra till behandlingen av vissa tankar. Om det inte är övertygande, visades det nyligen att en molekyl som stimulerar samma receptorer som THC kan antända astrocytkalciumfrisättning.
LEHRER: du föreslår att glia och deras kalciumvågor kan spela en roll i kreativitet. Kan du förklara?
KOOB: denna idé härrör från drömmar, sensorisk deprivation och dagdröm. Utan inmatning från våra sinnen genom neuroner, hur är det att vi har så levande tankar?, Hur är det att när vi är djupt i tanken vi till synes stänga av allt i miljön omkring oss? I denna teori är neuroner knutna till vår muskulära verkan och yttre sinnen. Vi vet att astrocyter övervakar neuroner för denna information. På samma sätt kan de inducera neuroner att skjuta. Därför modulerar astrocyter neuron beteende. Detta kan innebära att kalciumvågor i astrocyter är vårt tänkande sinne. Neuronal aktivitet utan astrocytbehandling är en enkel reflex; något mer komplicerat kan kräva astrocytbehandling., Det faktum att människor har de mest rikliga och största astrocyterna av något djur och vi kan kreativitet och fantasi ger också trovärdighet till denna spekulation.
kalcium släpps också slumpmässigt och utan stimulering från astrocytes interna butiker i små skurar kallas ” puffar.”Dessa slumpmässiga puffar kan leda till vågor. Det är möjligt att de till synes slumpmässiga tankarna under drömmar och sensorisk deprivationserfarenhet kan vara kalciumpuffar som blir vågor i våra astrocyter., I grund och botten är det uppenbart att astrocyter är involverade i hjärnbehandling i cortexen, men de viktigaste frågorna är att våra tankar och fantasi härrör från astrocyter som arbetar tillsammans med neuroner, eller är våra tankar och fantasi enbart astrocyternas domän? Kanske är neurons roll att stödja astrocyter.