Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie „Science Advances”.

Rozwój ludzkiego mózgu jest jednym z najbardziej złożonych procesów biologicznych. Zmiany, które pomagają zoptymalizować jego funkcjonowanie, zachodzą już w pierwszych latach życia. W pierwszym roku powierzchnia kory mózgowej zwiększa się o około trzy czwarte, a jej grubość wzrasta o mniej więcej jedną trzecią.

Na początku rozwoju mózg tworzy znacznie więcej połączeń między neuronami, niż ostatecznie potrzebuje. W ciągu życia często używane połączenia ulegają wzmocnieniu, podczas gdy inne są eliminowane w procesie zwanym przycinaniem synaptycznym (pruning).

Równocześnie w całym mózgu postępuje inny proces – mielinizacja. Polega on na otaczaniu włókien nerwowych tłuszczową osłonką, która działa podobnie jak izolacja przewodów elektrycznych, przyspieszając przekazywanie sygnałów. Ta „izolacja” rozwija się odmiennie w zależności od potrzeb poszczególnych obszarów mózgu. Neurony w korach sensorycznych, takich jak kora wzrokowa i słuchowa, są silnie zmielinizowane, podczas gdy neurony płata czołowego, odpowiedzialne za wyższe funkcje poznawcze, zawierają mniej mieliny.

- Wiemy już z badań na zwierzętach, że doświadczenia zmysłowe mają ogromny wpływ na te procesy rozwojowe. Jednak dokładne mechanizmy tego wpływu wciąż pozostają przedmiotem badań. Osoby niewidome od urodzenia są w tym kontekście szczególnie ważne, ponieważ ich mózgi rozwijają się bez bodźców wzrokowych. Dzięki temu można w wyjątkowo precyzyjny sposób badać wpływ doświadczeń zmysłowych na rozwój mózgu - wyjaśnia główna autorka pracy, dr Anna-Lena Stroh z Instytutu Maxa Plancka ds. Nauk Poznawczych i Mózgu Człowieka w Lipsku.

Od wielu lat naukowcy obserwują, że kora wzrokowa osób niewidomych od urodzenia wydaje się grubsza niż u osób widzących. Dominującym wyjaśnieniem było założenie, że ślepota zaburza proces przycinania synaptycznego, przez co w korze wzrokowej pozostaje nadmiar połączeń neuronalnych. Aby bezpośrednio zweryfikować tę hipotezę, badacze z Polski połączyli siły z zespołem w Lipsku, światowymi liderami z zakresu histologii in vivo, zaawansowanej technologii obrazowania pozwalającą niezwykle szczegółowo badać tkankę mózgową. Na badania neuroobrazowania w Lipsku przyjechały 24 osoby niewidome od urodzenia oraz 24 osoby widzące, dobrane pod względem wieku i płci.

- Dzięki danym o wysokiej rozdzielczości (...) mogliśmy mapować mikrostrukturę tkanki z dokładnością poniżej jednego milimetra, wykazując kilka istotnych prawidłowości. Podobnie jak w poprzednich badaniach zaobserwowaliśmy, że kora wzrokowa osób niewidomych wydaje się grubsza. Co ważne, odkryliśmy, że była ona słabiej zmielinizowana, co pomaga wyjaśnić jej pozorne pogrubienie. Nie znaleźliśmy natomiast jednoznacznych dowodów na zmieniony przebieg przycinania synaptycznego, choć być może proces ten nadal odgrywa pewną rolę. Nasze wyniki wskazują jednak, że to właśnie zmniejszona mielinizacja jest głównym czynnikiem odpowiedzialnym za różnice strukturalne obserwowane u osób niewidomych – podkreśla prof. Nikolaus Weiskopf, dyrektor Wydziału Neurofizyki w Instytucie Maxa Plancka.

- Mniejsza ilość mieliny może wpływać na sposób, w jaki w obrazach MRI widoczna jest granica między istotą szarą a białą. To sprawia, że kora mózgowa może wydawać się grubsza w pomiarach MRI – dodaje dr Anna-Lena Stroh.

Dodatkowe analizy wykazały, że różnice te obejmują również istotę białą, odpowiedzialną za przekazywanie informacji między różnymi częściami kory wzrokowej. Jednocześnie badacze nie zaobserwowali podobnych różnic w rejonach związanych ze słuchem lub dotykiem. Sugeruje to, że opisane zmiany dotyczące mielinizacji i przycinania synaptycznego są bezpośrednio związane z brakiem doświadczeń wzrokowych.

Naukowcy podkreślają, że u niewidomych kora wzrokowa nie pozostaje bezczynna, lecz uczestniczy w zadaniach związanych z przetwarzaniem języka, pamięcią roboczą czy kontrolą poznawczą. Z wcześniejszych badań wiadomo, że u osób widzących obszary mózgu odpowiedzialne za te funkcje mają niższy poziom mielinizacji.

- Różnice, które obserwujemy u niewidomych, są więc całkowicie zgodne z funkcjami, jakie pełni ta kora w ich mózgach. Kora wzrokowa osób niewidomych nie jest uszkodzona. Jest w pełni sprawna. Po prostu zajmuje się czymś innym niż u osób widzących – zauważa prof. Marcin Szwed, kierownik zespołu badawczego na Uniwersytecie Jagiellońskim.

Przez dziesięciolecia znaczna część wiedzy naukowej o ślepocie i mózgu pochodziła z badań na zwierzętach, w tym z eksperymentów, podczas których oślepiano makaki.

- Uznaję wkład, jaki badania na małpach wniosły do nauki w przeszłości. Osobiście uważam jednak, że dziś sama potrzeba wiedzy nie usprawiedliwia prowadzenia badań na naczelnych wyłącznie w celu zdobywania wiedzy podstawowej. W naszej pracy pokazujemy, że możemy zaglądać bezpośrednio do żywego ludzkiego mózgu z niezwykłą precyzją i zadawać pytania, na które odpowiedzi kiedyś były dostępne wyłącznie dzięki inwazyjnym eksperymentom na zwierzętach. Lubię myśleć o tym badaniu jako o drodze naprzód – niewyrządzającej krzywdy ani ludziom, ani zwierzętom - podsumowuje prof. Marcin Szwed.

Ewelina Krajczyńska-Wujec (PAP)

ekr/ agt/