Czy dorosły ludzki mózg tworzy nowe neurony? Część pierwsza: argumenty za utrzymywaniem się neurogenezy

Streszczenie

Wiosną 2018 roku dwa zespoły badawcze opublikowały w odstępie kilku tygodni wyniki dotyczące tego samego pytania, w tym samym gatunku, i doszły do przeciwnych wniosków. Jedna grupa uznała, że tworzenie nowych neuronów w ludzkim hipokampie po dzieciństwie spada do poziomu niewykrywalnego. Druga — że trwa również w ósmej dekadzie życia. Żadnego z tych badań nie można po prostu odrzucić jako niedbałego i żadne nie zostało po cichu wycofane.

Ten artykuł analizuje odpowiedź opublikowaną później w 2018 roku w „Cell Stem Cell” przez osiemnastu badaczy pracujących w tej dziedzinie. Ich argument nie brzmi: negatywne badanie źle opisało to, co zobaczyło. Brzmi raczej: obserwacja nie unosi ciężaru wniosku, który na niej zbudowano. Przy okazji autorzy pokazują coś bardziej uniwersalnego niż sam werdykt — jak jakość tkanki, czas i dobór markerów mogą usunąć z obrazu sygnał, który istniał za życia.

Traktujemy ten tekst jako pierwszą z trzech lektur tego sporu. Druga oddaje głos odpowiedzi strony przeciwnej. Trzecia wychodzi poza hipokamp. Naszym celem nie jest rozstrzygnięcie pytania — ono nadal pozostaje otwarte — lecz pokazanie, jak wygląda autentyczny spór naukowy od środka.

1.Dwie prace, jedno pytanie, przeciwne odpowiedzi

Dwa raporty stojące w centrum sporu można streścić prosto. Sorrells i współpracownicy w „Nature” zbadali tkankę ludzkiego hipokampa w szerokim zakresie wieku i uznali, że rekrutacja nowych neuronów gwałtownie spada w dzieciństwie, a u dorosłych staje się niewykrywalna. Boldrini i współpracownicy w „Cell Stem Cell” zbadali inny zbiór ludzkich próbek hipokampa i doszli do wniosku, że proces utrzymuje się przez całe starzenie.

Spór nie dotyczy interpretacji jednego wspólnego zbioru danych. Każda grupa badała inne mózgi, o innej historii klinicznej, przygotowane innymi metodami i barwione pod kątem zestawów białek, które częściowo, ale nie całkowicie się pokrywały. To sedno problemu i powód, dla którego odpowiedź szerszego środowiska skupia się prawie wyłącznie na metodzie, a nie na samych konkluzjach.

Autorów odpowiedzi warto potraktować jako grupę, bo jej skład jest częścią argumentu: osiemnastu badaczy, w tym kilka zespołów odpowiedzialnych za fundamentalne ludzkie badania z poprzednich dwóch dekad. Ich stanowisko jest sformułowane zdecydowanie. W ich ocenie nie ma obecnie podstaw, by porzucić hipotezę, że neurony powstające w dorosłości uczestniczą w plastyczności i funkcjach poznawczych w ciągu ludzkiego życia.

2.Dlaczego marker może zniknąć, choć komórka nie zniknęła

Negatywny wynik opierał się w dużej mierze na braku dwóch białek — doublecortin i PSA-NCAM — oraz braku wydłużonej morfologii typowej dla młodych neuronów. Autorzy odpowiedzi argumentują, że każdy z tych sygnałów może zniknąć z powodów niezwiązanych z tym, czy komórki wcześniej istniały.

Doublecortin jest białkiem wrażliwym na warunki pośmiertne. Kontrolowane badania u gryzoni pokazują, że intensywność barwienia słabnie w ciągu kilku godzin po śmierci. Ludzka tkanka pośmiertna rzadko trafia do utrwalenia tak szybko. W dwóch badaniach będących przedmiotem sporu dopuszczalny czas między śmiercią a utrwaleniem różnił się — do 26 godzin w jednym i do 48 godzin w drugim — a taki przedział mieści się w czasie, w którym sygnał może ulec degradacji.

Utrwalanie wprowadza drugi problem, działający w przeciwnym kierunku. Ludzkie próbki bywają przechowywane w formalinie przez lata, a długotrwałe utrwalanie może maskować antygeny zamiast je niszczyć: białko nadal jest obecne, ale przeciwciało przestaje mieć do niego dostęp. Autorzy wskazują szczególnie PSA-NCAM jako marker podatny na ten efekt, co może dać dokładnie obserwowany wzorzec — pozorny brak markera wynikający z jego niewidoczności dla metody.

Trzeci czynnik jest bardziej nieoczywisty i dla nas stanowi jeden z najbardziej uderzających szczegółów tej publikacji. U nietoperzy barwienie doublecortin gwałtownie spada w ciągu 30 minut od schwytania. Proponowany mechanizm obejmuje hormony stresu. Jeżeli podobne zjawisko zachodzi u ludzi, okoliczności ostatnich godzin życia — choroba, intensywna terapia, stres fizjologiczny — stają się zmienną wpływającą na to, co pokaże tkanka, a której nie da się już skorygować po śmierci.

3.Co jest dowodem na proces, którego nie można obserwować na żywo

Barwienie markerów nie jest jedyną drogą do odpowiedzi. Autorzy opierają część argumentacji na metodach, które podchodzą do problemu zupełnie inaczej: zamiast szukać komórek wyglądających na młode, próbują ustalić, kiedy dana komórka powstała.

Pierwsza metoda pojawiła się niejako przypadkiem dzięki praktyce klinicznej. W 1998 roku Eriksson i współpracownicy zbadali tkankę hipokampa pacjentów onkologicznych, którzy otrzymywali bromodeoksyurydynę — związek wbudowujący się do DNA podczas podziału komórki i podawany wówczas w celach diagnostycznych. Komórki dzielące się w czasie terapii otrzymywały trwały znacznik. Znaleziono nowe neurony. Próba obejmowała pięć mózgów.

Druga metoda jest jeszcze bardziej pomysłowa. Atmosferyczne testy jądrowe podczas zimnej wojny zwiększyły globalny poziom węgla-14, który po wprowadzeniu zakazu prób zaczął spadać według znanej krzywej. DNA syntetyzowane w tamtych dekadach zachowuje sygnaturę izotopową pozwalającą datować moment jego powstania. Spalding i współpracownicy wykorzystali ten efekt do oszacowania tempa dodawania neuronów w dorosłym ludzkim hipokampie, uzyskując wartość około 700 nowych neuronów dziennie na każdy zakręt zębaty.

Żadna z tych metod nie zależy od tego, czy określone białko przetrwa opóźnienie pośmiertne. W ujęciu autorów są to dane o produkcie końcowym, a nie o etapach pośrednich — wykazanie obecności neuronów powstałych później, a nie wnioskowanie na podstawie komórek wyglądających na niedojrzałe.

4.Arytmetyka godząca rzadkie barwienie z rzeczywistą wymianą

W artykule pojawia się argument liczbowy, który zasługuje na więcej uwagi, bo odpowiada na zastrzeżenie brzmiące początkowo bardzo przekonująco: skoro każdego dnia rzeczywiście mają powstawać nowe neurony, dlaczego w badaniach znajduje się tak niewiele komórek z markerami niedojrzałości?

Odpowiedź zależy od czasu, przez jaki komórka pozostaje w stanie oznaczanym danym markerem. Jeżeli ekspresja doublecortin trwa około trzech tygodni, codzienne dodawanie kilkuset komórek oznacza, że w każdej chwili populacja komórek niedojrzałych powinna liczyć tysiące, nie miliony. Autorzy zauważają, że nawet przy szerokim marginesie błędu liczba komórek wykazujących ekspresję doublecortin raportowana w literaturze mieści się w tym samym rzędzie wielkości, którego można oczekiwać na podstawie datowania węglem-14.

To skromne twierdzenie i tak jest przedstawione. Nie dowodzi, że badania markerowe są poprawne. Ustanawia coś węższego, ale użytecznego: rzadkie barwienie i ciągła neurogeneza nie muszą być ze sobą sprzeczne, a niskiej liczby oznaczonych komórek nie można bezpośrednio utożsamiać z niskim tempem powstawania nowych neuronów.

5.Co przyznają autorzy odpowiedzi

Dokument napisany przez osiemnaście osób broniących określonego stanowiska mógłby nie zawierać żadnych ustępstw. Ten zawiera kilka — i są one ciekawsze niż sama obrona.

Autorzy przyznają, że indywidualne zróżnicowanie w badaniu pozytywnym było duże, a u części osób liczba komórek była bardzo niska. Przyznają, że właściwe liczenie stereologiczne — procedura statystyczna pozwalająca przełożyć obserwacje ze skrawka tkanki na oszacowanie całej struktury — jest trudne do rygorystycznego zastosowania w typowych ludzkich próbkach pośmiertnych. Wprost dopuszczają też możliwość, choć uznają ją za mało prawdopodobną, że osoby z badania negatywnego rzeczywiście mogły mieć bardzo niski poziom albo brak trwającej neurogenezy.

Najważniejsza koncesja dotyczy czasu. Autorzy podnoszą możliwość, że ludzki harmonogram dojrzewania nowego neuronu po prostu różni się od gryzoniowego. Jeżeli u naczelnych dojrzewanie trwa miesiące zamiast tygodni, a okres zwiększonej plastyczności nie mieści się w całości w oknie ekspresji doublecortin, marker zwalidowany u myszy może mierzyć u człowieka niewłaściwy etap. Autorzy nazywają to spekulacją. To jednak rodzaj spekulacji, który potrafi zmienić sposób formułowania pytania w całej dziedzinie.

6.Brak dowodu a dowód braku

Logiczny rdzeń odpowiedzi opiera się na starej zasadzie zastosowanej do konkretnego przypadku. Gdy badanie czegoś nie wykrywa, możliwe są co najmniej dwa wyjaśnienia: zjawiska nie było albo metoda nie była w stanie go zobaczyć. Rozróżnienie wymaga wykazania, że metoda wykryłaby zjawisko, gdyby rzeczywiście było obecne.

Właśnie w tym punkcie obie strony sporu się rozchodzą. Warto zaznaczyć to już teraz, bo jest to centralny problem części drugiej. Zespół stojący za wynikiem negatywnym nie akceptuje tego sposobu postawienia sprawy. Uważa, że wykazał czułość zastosowanej metody i spełnił ciężar dowodu. To, czy rzeczywiście tak było, jest istotą dalszej dyskusji.

7.Czego ten spór uczy o czytaniu nauki

Ta wymiana jest cenna z powodu, który wykracza daleko poza same neurony. Pokazuje, że recenzowane, metodologicznie kompetentne badanie opublikowane w czołowym czasopiśmie może przynieść wynik, który inni równie kompetentni badacze uznają za artefakt — i że jest to normalny element nauki, a nie skandal.

Pokazuje też, jak wiele zależy od decyzji niewidocznych w nagłówku: ile czasu czekała tkanka, w czym i jak długo była utrwalana, którego przeciwciała użyto, na co umierała badana osoba. Większość tych szczegółów nie pojawia się w streszczeniu, a jednak może decydować o wyniku.

Uczciwe stanowisko po tej pierwszej lekturze nie brzmi: neurogeneza w dorosłym ludzkim mózgu została potwierdzona. Brzmi raczej: najsilniejszy negatywny wynik jest zgodny z kilkoma możliwymi wyjaśnieniami, z których tylko jednym jest rzeczywisty brak zjawiska; jednocześnie argumenty za jego występowaniem opierają się również na metodach — szczególnie datowaniu izotopowym — których badanie negatywne nie podważa. Odpowiedź na ten argument jest tematem części drugiej.

Komentarz redakcyjny

MindHeaven® nie twierdzi, że jakikolwiek produkt wpływa na powstawanie nowych neuronów w ludzkim mózgu, i nic w tej literaturze nie uzasadniałoby takiego twierdzenia. Publikujemy tę serię, ponieważ pytanie o sposób, w jaki dorosły mózg się zmienia, jest fundamentalne dla wielu tematów poruszanych w naszej bibliotece, a sam spór jest wyjątkowo pouczający. Dziedzina zdolna tak otwarcie kwestionować własne podstawowe ustalenia jest dziedziną, którą warto czytać uważnie.