12039 Dříve se předpokládalo, že podporují neurony, nyní Ingrid Wickelgren
[ Ezoterika ] 2026-02-05
Nové experimenty odhalují, jak astrocyty ladí neuronální aktivitu, aby modulovaly naše duševní a emoční stavy. Výsledky naznačují, že mozkové modely založené pouze na neuronech, jako jsou konektomy, vynechávají klíčovou vrstvu regulace.
Lidský mozek je rozsáhlá síť miliard neuronů.
Výměnou signálů k vzájemnému utlumení nebo vzrušení vytváří vzory, které se v mozku šíří až 1 000krát za sekundu. Více než století se tento závratně složitý neuronový kód považoval za jediného rozhodčího vnímání, myšlení, emocí a chování, stejně jako souvisejících zdravotních stavů. Pokud jste chtěli rozumět mozku, obrátili jste se ke studiu neuronů: neurovědě. Nedávná série prací z několika laboratoří, publikovaná jako trojice článků v časopise Science v roce 2025, však poskytuje dosud nejsilnější důkazy, že úzké zaměření na neurony je zoufale nedostatečné pro pochopení fungování mozku.
Experimenty na myších, zebřičkách a octomilkách odhalují, že velké mozkové buňky zvané astrocyty slouží jako dozorci. U astrocytů, dříve považovaných za pouhé podpůrné buňky pro neurony, se nyní předpokládá, že pomáhají ladit mozkové okruhy a tím řídit celkový stav mozku nebo náladu - například naši úroveň bdělosti, úzkosti nebo apatie. Astrocyty, kterých je v mnoha oblastech mozku více než neuronů, mají složité a rozmanité tvary a někdy i chapadla, která mohou obklopit stovky tisíc nebo miliony synapsí, tedy spojů, kde si neurony vyměňují molekulární signály. Toto anatomické uspořádání dokonale umisťuje astrocyty k ovlivnění toku informací, i když zda a jak mění aktivitu synapsí je dlouhodobě předmětem sporů, částečně proto, že mechanismy možných interakcí nebyly plně pochopeny. Tím, že nové studie ukazují, jak astrocyty ovlivňují synaptické rozhovory, činí vliv astrocytů nepřehlédnutelnými.
"Žijeme v době konektomiky, kdy všichni rádi říkají, že pokud pochopíte spojení [mezi neurony], můžeme pochopit, jak mozek funguje. To není pravda," řekl Marc Freeman, ředitel Vollum Institute, nezávislého výzkumného centra pro neurovědy na Oregon Health and Science University, který vedl jednu z nových studií. "Dramatické změny ve výbušných vzorcích neuronů lze dosáhnout i bez jakýchkoli změn v [neuronové] konektivitě." Astrocyty se nezapojují do rychlého signálu typického pro neurony na synapsích. Místo toho monitorují a ladí vyšší úroveň síťové aktivity, kterou nastavují nahoru nebo dolů, aby udrželi nebo přepnuli celkový stav mozku. Tato funkce, nazývaná neuromodulace, může způsobit, že mozek zvířete přepne mezi dramaticky odlišnými stavy, například tím, že zjistí, že je nějaký čin marný, přiměje zvíře vzdát se. Ukazuje to na jeden z nových článků. Neuromodulace je nezbytná pro udržení úrovně aktivity mozku ve funkčním rozmezí, aby zabránila jeho vyvrcholení nebo záchvatům.
"Žádný nervový okruh by vůbec nefungoval bez neustálého doladění neuromodulátory, [molekulami, které zprostředkují úpravy]",... Stephen Smith, emeritní profesor neurověd na Stanfordově univerzitě prováděl průkopnické experimenty se signalizací astrocytů koncem 80. a začátkem 90. let a nebyl zapojen do nového výzkumu.
Po mnoho let se věřilo, že toto jemné ladění provádí samotné neurony. Předchozí práce ukázaly zapojení astrocytů do některých buněčných signálů, nejnovější experimenty používají "pokročilé techniky k tomu, aby skutečně přesně určily a bez pochyb potvrdily, že astrocyty hrají klíčovou roli v neuromodulaci v mozku," řekl Douglas Fields, emeritní neurovědec z National Institutes of Health, který se na novém výzkumu nepodílel. V této roli by astrocyty mohly být hlavními účastníky spánkových nebo psychiatrických poruch, které široce narušují stav mozku. "Musíme přemýšlet o tom, co to znamená pro neuropsychiatrická onemocnění," řekl Freeman.
Zrodila se hvězda
Astrocyty jsou typ gliových buněk, třída neneuronálních buněk nervového systému, které pokrývají mozek a vyplňují prostor mezi neurony. Glia je řecky "lepidlo", název odráží myšlenku z poloviny 18. století, že účelem buněk je pouze držet mozek pohromadě. V 50. letech vědci věděli, že astrocyty dělají víc než to. V experimentech buňky nasávaly přebytečné neurotransmitery, pufrovaly draslík a vylučovaly látky, které neurony potřebují pro energii. Jako buněční alchymisté se astrocyty zdály monitorovat a upravovat mozkovou tekutinu, aby udržovaly podmínky příznivé pro neurony. Vědci je však považovali za relativně pasivní regulátory až do konce 80. let, kdy Smith postavil nový mikroskop pro svou neurovědeckou laboratoř na Yale univerzitě. Smithův nový digitální video fluorescenční mikroskop byl navržen tak, aby pořizoval snímky neuronální aktivity pomocí zářivkového světla. Když neuron vystřelí, vápník proudí do buňky. Vědci vložili fluorescenční senzory do mozkových buněk, které zářily, když narazily na vápník. Mikroskop dokázal detekovat světlo, jak se v prostoru a čase zesvětlovalo a sláblo, čímž odhaloval vzory výstřelů buněk. "Měli jsme asi nejpokročilejší, nejcitlivější a nejzajímavější vybavení," řekl Smith. V roce 1989 použil Smithův doktorand Steve Finkbeiner (nyní neurolog v neziskovém Gladstone Institutes v San Franciscu) mikroskop k prozkoumání potenciálně toxických účinků neurotransmiteru glutamátu, molekuly, kterou většina neuronů v mozku používá ke komunikaci. Finkbeiner se o astrocyty nezajímal, ale protože pomáhají udržovat neurony naživu, zařadil je do své buněčné kultury.
Pak přidal glutamát.
"Najednou začal u svého mikroskopu křičet: ´Hej šéfe, pojď sem! Musíš to vidět!´" vzpomínal Smith. "Astrocyti úplně zešíleli." Fluorescence se vlnila po lůžku astrocytů ve vlnách, přeskakovala z jedné buňky do druhé. Vápníkové vlny vykazovaly koordinovanou aktivitu, jako by astrocyty spolu komunikovaly. A protože buňky reagovaly na glutamát, bylo logické, že budou reagovat i na neurony. Ve svém článku z roku 1990 popisujícím experiment (Glutamát inducuje vápníkové vlny v kultivovaných astrocytech - dlouhodobá gliová signalizace) vědci odvážně navrhli, že "sítě astrocytů mohou tvořit dlouhodobý signální systém v mozku." Další týmy brzy ukázaly, že astrocyty v řezech mozku a dokonce i v uspaných zvířatech reagují na různé neurotransmitery.
Video pořízené v roce 1989 otřáslo oborem neurověd. Fluorescence odhaluje vlny vápníku, které přeskakují z jednoho astrocytu na druhý v reakci na glutamát, molekulu, kterou mnoho neuronů používá ke komunikaci. Stephen J Smith https://www.bibliotecapleyades.net/videos/brain211_video2.mp4
Mnoho neurovědců té doby přirovnávalo nově objevené vlastnosti astrocytů k neuronům, ale zpětně se rozdíly zdají být do očí bijící. Astrocyty zaujímají poměrně rozsáhlé území: Jeden astrocyt pokrývá rozsáhlou plochu tkáně, dosahující až 2 milionů synapsí v lidském mozku. Astrocyty pracují v delších časových škálách než neurony. Jejich vápníkové vlny se šíří během několika sekund až minut - mnohem déle než milisekundy, které neurony potřebují k šíření signálů po axonech a uvolnění neurotransmiterů. Aby výzkumné skupiny zkoumaly, jak tento překvapivý nový pohled na astrocyty souvisí s chováním, obrátily se na zvířecí modely. Výzkumníci se snažili aktivovat astrocyty u laboratorních myší tím, že je bombardovali smyslovými podněty, například svítením světla do očí nebo dotykem jejich vousů; Hledali reakci přes lebeční okno pod fluorescenčním mikroskopem. Někdy buňky reagovaly, někdy ne.
Pak v letech 2013 a 2014 dva nezávislé výzkumné týmy oznámily jistý způsob, jak upoutat pozornost astrocytů: vyděsili myši tím, že je překvapili výdechem nebo náhlým zapnutím běžeckého pásu pod nohama. Reakce na vyplašení je převážně nevědomý obranný mechanismus a náhlá změna stavu mozku, která se vyskytuje v celé živočišné říši. Když jsou obratlovci vyděšeni, neurony v oblasti mozkového kmene zvané locus coeruleus uvolňují noradrenalin, neuromodulátor spojený se vzrušením, podél vláken, která se rozprostírají po mozku. Místo toho, aby vysílali konkrétní zprávu, jak to neurotransmitery dělají, neuromodulátory zvyšují nebo snižují mozkovou aktivitu a mění celkový stav mozku jako ovladač rádia. Studie naznačily, že noradrenalin je spouštěčem astrocytických vln, což do určité míry souvisí s neuromodulací astrocytů. Přesto zůstávalo mnoho věcí o signalizaci astrocytů záhadou. Bylo známo, že buňky mají receptory pro noradrenalin, ale nikdo nevěděl, jak vázání noradrenalinu vede k vlnám vápníku. A stále tu byla otázka, jaký signál tyto vlny posílají do dolních neuronů. Někteří výzkumníci se domnívali, že astrocyty produkují vlastní molekuly "gliotransmiterů", které působí na neurony, ale jiní tuto představu zpochybňovali. Na schůzkách vedli výzkumníci hlasité a vášnivé debaty o tom, do jaké míry - a zda - astrocyty ovlivňují tok informací v mozku.
Student v Freemanově laboratoři, Zhiguo Ma, tehdy na Lékařské fakultě University of Massachusetts, se snažil problém vyřešit v mozku octomilky. "Prosím, nedělej to," vzpomínal na to, jak ho Freeman varoval. "Je to takový nepořádek." Ma pokračoval. Reakci leknutí u octomilek napodobil tím, že je náhle otočil vzhůru nohama. Pomocí jemných nástrojů molekulární biologie vystopoval chemické relé: Muškařské verze noradrenalinu aktivovaly astrocyty otevřením kanálu v buněčné membráně, což způsobilo uvolnění gliotransmiteru - pravděpodobně adenosinu - který potlačoval neuronální signály. Bylo zásadní charakterizovat takové interakce neuron-astrocyty, "protože představovaly potenciálně rozšířený mechanismus pro řízení mozkové funkce," napsal Freemanův tým v časopise Nature (Neuromodulátory signalizují skrze astrocyty změnu aktivity a chování nervových okruhů - 2016). Pro některé experiment poskytl první důkaz, že astrocyty jsou nedílnou součástí nervových okruhů. Ale jeden papír o octomilkách nestačil. Téměř o deset let později se u obratlovců objevily znepokojivě paralelní nálezy, které převážily misky vah.
Kdy se vzdát
Ačkoliv o tom často takto nepřemýšlíme, vzdání se odráží náhlou změnu v mozkové aktivitě. Představuje změnu duševního stavu od naděje k beznaději, která má stejně jako vyděšení hluboký dopad na chování. Výzkumníci vedení neurovědcem Mishou Ahrensem zkoumali, co způsobilo, že se larvy zebřiček vzdali, a objevili, jak astrocyty zprostředkovávají náhlou změnu nálady.
Jak vypadá, když to zebřička vzdá?
Ve volné přírodě, pokud chce zebřička zůstat v tekoucí vodě, plave proti proudu. V laboratoři na Janelia Research Campus Howard Hughes Medical Institute ve Virginii využil Ahrensův tým virtuální realitu k vytvoření simulace proudu v akváriu, takže ryba si myslela, že se pohybuje zpět, bez ohledu na to, jak zuřivě plave. Ryba zpočátku plavala tvrději, ale po asi 20 sekundách to obvykle vzdala. O něco později to zkusila znovu. Mezitím vědci sledovali neurony a astrocyty v mozku zebřičky pomocí pokročilých technik celostního zobrazování mozku. Když ryby marně bojovaly s proudem, neurony uvolňující noradrenalin se aktivovaly. V reakci na to se v astrocytech hromadil vápník. Nárůst se podobal počtu pokusů ryb bojovat proti proudu, jako by to astrocyty sledovaly - a v určitém okamžiku vydaly signál na zastavení a zebřičky to vzdaly. Když Ahrensův tým vyřadil astrocyty laserem, ryby nikdy nepřestaly plavat. A pokud byly astrocyty uměle aktivovány, ryby okamžitě přestaly.
"Bylo to poprvé, co bylo prokázáno, že astrocyty mají roli při přepínání stavů chování," řekl Ahrens. V následném článku v časopise Science, publikovaném v roce 2025 (Norepinephrin mění behaviorální stav pomocí astrogliálního purinergního signalizování), vědci odhalili, jak astrocyty tyto změny v chování způsobují. Pomocí fluorescenčních senzorů pro různé molekuly zjistili, že když se v astrocytech nahromadí dostatek vápníku, uvolní se energetická molekula ATP. Mimo buňku se ATP přemění na adenosin, který působí na neurony - v tomto případě tím, že excituje neurony, které inhibují plavání a potlačují plavací neurony. Tato sekvence odráží to, co Ma a Freeman pozorovali u octomilky. https://www.bibliotecapleyades.net/imagenes_ciencia6/brain211_05_small.jpg
Stejný molekulární řetězec událostí se objevil i v mozku myši, podle výzkumu vedeného Thomasem Papouinem na Lékařské fakultě Washingtonské univerzity (Norepinephrinové signály prostřednictvím astrocytů pro modulaci synapsí). Papouinův tým studoval změny na synapsích, které ovlivňují komunikaci mezi neurony, což je forma neuroplasticity, která je základem probíhajících změn v myšlení a chování. Předpokládalo se, že noradrenalin tyto posuny způsobuje přímým působením na neurony. Ale k Papouinovu překvapení byly účinky noradrenalinu patrné i poté, co byly jeho receptory na neuronech odstraněny.
Proces závisel výhradně na astrocytech.
"Očekávali jsme, že z velké části bude účinek noradrenalinu na synapse zprostředkován astrocyty," řekl Papouin. "Ale nečekali jsme, že to bude výhradní!" Objev paralelních molekulárních drah u tak odlišných druhů, jako jsou octomilky, zebřičky a myši, ukazuje na "evolučně konzervovaný způsob, jakým mohou astrocyty hluboce ovlivňovat nervové okruhy," řekl Freeman. Výsledky naznačují obrovskou mezeru v předchozích teoriích neuromodulace. "V minulosti neurovědci studovali neuromodulátory a věděli, že jsou důležité pro regulaci funkce nervových okruhů, ale žádné jejich myšlení, žádné diagramy, žádný z jejich modelů neobsahoval nic jiného než neurony," řekl Fields. "Teď vidíme, že jim unikla velká část příběhu." Výzkum octomilek, který provedl Freemanův tým, naznačuje další kroky ve výzkumu obratlovců; ve stejném vědeckém čísle skupina uvedla, že noradrenalin mění reakci astrocytů na vstupy z neuronů.
Freemanův postdoktorand Kevin Guttenplan porovnal pitvaný mozek mouchy s mouchami s noradrenalinem. "Najednou astrocyty přešly z toho, že nereagovaly na žádné jiné neurotransmitery, na žádný z nich," řekl Guttenplan. Noradrenalin a jeho analogy v mouše zřejmě umožňují astrocytům "slyšet" molekulární zprávy neuronů a poté modulovat jejich aktivitu. Tato dynamika pomáhá vysvětlit, jak astrocyty dokážou rychle přepínat mozek z jednoho stavu do druhého. "Pokud je hladina noradrenalinu nízká, což znamená nízké vzrušení, astrocyty téměř vůbec neposlouchají ostatní synapse," řekl Freeman. "Ale jakmile zvíře vzbudíš a je tam noradrenalin, astrocyty mohou poslouchat každou synapsí a mohou se otočit a změnit, jak na to neurony reagují." Výsledky odhalují novou složitost v tom, jak mozek zpracovává informace, uvedl Guttenplan. "Na už tak složitý konektom [síť neuronů] máte ještě jednu vrstvu regulace."
Ukazatel nálady
Ačkoliv se detaily signalizačního mechanismu astrocytů začínají vyostřovat, stále zaostávají za tím, co je známo o neurotransmisi. "Je to vzrušující doba," řekl Alex Chen, student Harvard Medical School a první autor článku o zebřičkách. "Pro oblast astrocytů, alespoň konceptuálně, nejsme příliš daleko oproti tomu, kde byli lidé u neuronů" na počátku moderní neurovědy v 50. letech. Vědci se zaměřují na klíčové mozkové funkce, které astrocyty zprostředkují. Některé výzkumy naznačují, že schopnost astrocytů shromažďovat informace v průběhu času (jak se stalo u pokusů zebřičky o plavání) se vztahuje i na cyklus spánku a bdění. Astrocyty zřejmě sledují (Role astrogliálního vápníku v savčím spánku a regulaci spánku) rostoucí spánkový dluh lidí během dne, pravděpodobně prostřednictvím hromadění vápníku (Astrogliální vápníková signalizace kóduje spánkovou potřebu u Drosophily), a vylučují molekuly vyvolávající spánek, které mění mozkovou aktivitu. "Vidíme astrocyty zapojené do chování spojených s přechody velkých stavů - jako je spánek, hlad, vzrušení - kdy je potřeba více typů okruhů na velmi velké ploše k zapnutí a vypnutí, zvláště v pomalejším časovém horizontu," řekl Guttenplan. Tato chování mohou odrážet duševní onemocnění.
Loni vědci odhalili mozkový okruh neuron-astrocyt, který byl spuštěn stresem a u myší vyvolával chování podobné depresi. Je možné, že některé duševní poruchy jsou poruchami signalizace astrocytů. Nálady lidí se mění relativně pomalu, řekl Ahrens, v procesu částečně řízeném neuromodulátory. Role astrocytů v neuromodulaci ukazuje na jejich potenciál jako cíle pro drogy. "Neurověda se o neurony zajímá teprve sto let a zatím nemáme lék na jedinou mozkovou poruchu," řekl Papouin. Cesta, jak to změnit, je podle něj přijmout existenci a vliv neneuronálních buněk, jako jsou astrocyty, a zahrnout je do modelů a experimentů. Většina neurovědců tuto zprávu neobdržela, řekl Freeman. "Devadesát devět procent lidí, kteří tam venku provádí experimenty na obvodech, ani nepřemýšlí o tom, co astrocyt může dělat. A může to mít opravdu zásadní dopad na to, jak ten obvod funguje."
