Počet mozgových buniek: koľko ich máme a ako fungujú

V ľudskom mozgu sa nachádza približne 86 miliárd neurónov a približne rovnaký rád ďalších buniek, medzi ktoré patria najmä gliové bunky. Celkový počet mozgových buniek sa preto odhaduje približne na 170 až 180 miliárd, pričom presné číslo sa môže medzi jednotlivými ľuďmi líšiť.

Neuróny sú základnými stavebnými a funkčnými jednotkami nervovej sústavy. Gliové bunky neuróny obklopujú, vyživujú, chránia a podieľajú sa na fungovaní nervových spojení. Rozhodujúca však nie je iba samotná početnosť buniek, ale aj obrovské množstvo spojení, ktoré medzi sebou vytvárajú.

Koľko buniek obsahuje ľudský mozog

Všeobecne sa má za to, že v mozgu človeka nájdeme odhadom 100 miliárd neurónov. Podľa posledných prieskumov je to o niečo menej - asi 86 miliárd neurónov. K tomu ale pripočítajte ďalších 85 miliárd ostatných buniek!

Celkom máme zhruba 86 miliárd mozgových buniek, ktoré sú dohromady prepojené desiatimi biliónmi synapsií. Každý neurón v mozgu je prepojený s desaťtisícami iných neurónov a celkový počet spojov medzi neurónmi sa tak blíži k jednej biliarde - tisícom biliónov.

Odlišné údaje o počte mozgových buniek súvisia s tým, že ide o odhady získané rôznymi metódami. Niektoré staršie materiály uvádzajú viac ako 12 miliárd neurónov v mozgu, zatiaľ čo novšie odhady hovoria približne o 86 miliardách. Pri porovnávaní týchto údajov je preto dôležité rozlišovať medzi počtom neurónov v mozgu, počtom všetkých neurónov v tele a celkovým počtom mozgových buniek.

Neuróny a gliové bunky

Základnou stavebnou a funkčnou jednotkou nervovej sústavy človeka je nervová bunka, neurón. Približne 50 percent celého obsahu mozgu tvoria gliové bunky, ktoré obklopujú nervové.

Gliové bunky nie sú iba pasívnou výplňou nervového tkaniva. Podporujú neuróny, pomáhajú udržiavať vhodné prostredie pre ich činnosť, podieľajú sa na ochrane mozgu a ovplyvňujú tvorbu aj odstraňovanie nervových spojení.

Každá nervová bunka sa skladá z tela bunky, výbežkov a neuritu. Telo nervovej bunky má veľkosť asi 5-100 µm a výbežky nervových buniek sa zužujú na priemer približne 1 µm. Jeden výbežok nervovej bunky môže byť dlhý až jeden meter a jediná nervová bunka môže mať až 10.000 výbežkov.

Ako neuróny komunikujú

Prácu nervových buniek v našom organizme zabezpečujú koncové platničky, ktoré sa nachádzajú na konci neuritu. Na mieste styku so susediacou bunkou sa vytvárajú spojenia tzv. synapsy.

Nervové bunky sú nimi spojené navzájom, ale v periférii sa spájajú aj so svalovými bunkami. Medzi synapsami prebieha výmena informácií prostredníctvom chemických látok, ktoré sa nazývajú neurotransmitery.

Učíme sa vytváraním nových spojení v tejto sieti, spevňovaním starých spojení a prerušovaním spojení, ktoré už nepotrebujeme. Množstvo spojení, ktoré vytvára priemerná mozgová bunka: 10 000.

Prečo samotný počet buniek nestačí

Vysoký počet buniek je iba jednou časťou zložitosti ľudského mozgu. Pokiaľ ide o spojenia a prepojenia, tie umožňujú neurónom komunikovať a vysielať signály.

Mozog tak výkon ako „exascale“ výkonný superpočítač, teda jeden kvintilión, alebo milión kvadriliónov za sekundu. Na tento obrovský výkon využíva len energiu vo výške 20 wattov.

Celková dĺžka tejto komplexnej siete tkaniva je približne 500 000 km. Signály, ktoré sa vysielajú dosahujú „cestovnú“ rýchlosť približne 431 km za hodinu.

Na druhej strane supervýkonný počítač potrebuje na svoje fungovanie miliónkrát viac energie (20 megawattov). Na druhej strane, hoci mozog zaberá len približne 2% telovej hmoty, skonzumuje až 20% totálnej energie.

Rozdelenie mozgu a úlohy jeho častí

Mozog človeka je ústredný orgán nervovej sústavy a tvorí zložité zoskupenie vyšších a najvyšších nervových centier. Skladá sa z niekoľkých oddielov, ktoré sú uložené v lebečnej dutine.

Mozog dospelého človeka váži asi 1,5 kg a je rozdelený na dve polovice, tzv. hemisféry. Spolu s miechou tvorí centrálny nervový systém označovaný ako CNS.

Mozog spolu s miechou riadi telesné procesy, srdcovú frekvenciu a väčšinu vôľových pohybov. Mozog možno veľmi zjednodušene rozdeliť na veľký mozog, malý mozog a mozgový kmeň.

Veľký mozog tvorí približne 80 percent mozgovej hmoty. Podľa iného delenia sa mozog skladá zo sivej hmoty, ktorá je na povrchu, bielej hmoty, štyroch komôr, mozgových cisterien, subarachnoidálnych priestorov a ciev mozgu.

Veľký mozog

V čelovom laloku sa nachádzajú funkcie inteligencie, reči, charakteristiky osobnosti, ako aj riadenie pohybov. V zadnej časti veľkého mozgu, v tzv. okcipitálnom laloku, sa nachádza zrakové centrum, čiže miesto, na ktorom sa vnímajú, ukladajú a zmyslovo priraďujú vizuálne podnety.

Spánkový lalok je podľa neho dôležitý pre pamäť, rovnako ako aj pre pocity a emócie. Temenný lalok "uchováva" sluchové centrum a porozumenie reči.

Pomocou temenného laloku človek "zaznamenáva" matematické problémy a hudbu. Medzimozg riadi hormonálne vylučovanie.

Malý mozog

Malý mozog zasa podľa odborníka pripravuje pohybové programy a riadi zosúladenie pohybových priebehov. Jeho činnosť je preto dôležitá pri koordinácii pohybov a pri ich plynulom vykonávaní.

Mozgový kmeň a hypofýza

V mozgovom kmeni sa nachádzajú nervové dráhy, ktoré spájajú mozog s miechou. Nachádza sa tam aj dýchacie centrum.

Riadi dýchanie, srdcovo-cievnu sústavu a krvný tlak. V mozgovom podvesku, v hypofýze sa tvoria hormóny alebo predstupne hormónov.

Priradenie určitých mozgových činností k anatomickým mozgovým oblastiam bolo pomerne presne stanovené pri pokusoch na zvieratách a pri pozorovaní pacientov s makroskopicky viditeľnými poraneniami mozgu, napr. po nejakom úraze.

Niektoré schopnosti mozgu vykazujú v závislosti od indivídua rôznu lokalizáciu strán. Ako dodal, dnes existuje podrobná mapa lokalizácie ľudských činností v mozgu.

Vývoj mozgových buniek pred narodením

Vývoj a dozrievanie mozgu je veľmi zložitý a komplexný proces biologických a chemických zmien. Počas zrenia mozgu dochádza k rastu počtu aj veľkosti neurónov, k tvoreniu nových vzájomných spojení nervových buniek a k myelinizácii.

Myelinizácia a gyrifikácia patria pri zrení mozgu k najdôležitejším vývojovým procesom. Gyrifikácia je embryonálny proces, pri ktorom dochádza k tvorbe mozgových gyrov - závitov.

U človeka sa začína v 22. týždni a konči sa v 40. týždni vnútromaternicového vývinu. V tomto čase už počet závitov a zárezov zodpovedá dospelému mozgu.

Myelinizácia je zasa tvorba myelínových pošiev okolo nervových vlákien, ktorá sa u človeka začína v 20. týždni embryonálneho vývoja a nervové vlákna sú funkčne plnohodnotné až po jej ukončení.

Mení sa počet mozgových buniek počas života?

Aj mozog dospelého človeka dokáže vytvárať nové neuróny a tieto zaradiť do existujúcej neurónovej siete. Objavenie čerstvo narodených neurónov v dospelom ľudskom mozgu vyvolalo veľké nadšenie.

V priebehu minulého storočia vládla v moderných neurovedách do kameňa vytesaná dogma, že ľudský mozog nie je schopný dopĺňať nové zásoby buniek. Čo nám príroda pridelí počas embryonálneho vývoja mozgu, s tým musíme pracovať počas celého života.

Prvé pochybnosti sa začali objavovať v okamihu, keď si vedci všimli v dospelom mozgu spevavých vtákov oblasti zodpovedné za vznik nových buniek. Neskôr sa k nim pridali aj štúdie na hlodavcoch a opiciach (makaky).

Ukázalo sa, že niektoré časti mozgu si veselo produkujú nové bunky. Ľudský mozog pomerne dlho dômyselne ukrýval svoj regeneračný potenciál.

Neurogenéza v dospelom mozgu

Neurogenéza je proces vytvárania nových nervových buniek. Niekoľko experimentálnych prístupov napokon odhalilo spletitý a pomerne komplikovaný príbeh deliacich sa buniek v mozgu mladých ale aj starších ľudí.

V dospelom ľudskom mozgu sú len dve miesta, kde vznikajú nové bunky. Jedno je lokalizované v tesnej blízkosti mozgových komôr, ďalšie je ukryté v hlbinách spánkového laloku, v hipokampe.

Počas embryonálneho vývoja je oblasť nachádzajúca sa v blízkosti komôr hlavným producentom nových buniek. V dospelom mozgu však už hrá len druhé husle, dominantné postavenie preberá hipokampus.

Hipokampus je zvláštna štruktúra mozgu, ktorá formuje našu pamäť a pomáha nám orientovať sa v priestore. Dôvod dlhodobej persistencie oblastí, v ktorých vznikajú nové bunky, zostáva utajený.

Čo ukázali výskumy nových neurónov

V roku 1998 zverejnil prestížny vedecký časopis Nature Medicine výsledky prelomovej štúdie amerického genetika profesora Freda H. Cagea a švédskeho genetika profesora Petra Carlssona.

Pacientom v pokročilej fáze rakoviny podali do tela látku, ktorá sa začlenila do genómu deliacich sa buniek. Po smrti pacientov hľadali stopy deliacich sa buniek v mozgu.

Napokon ich našli v úplne každom vyšetrovanom mozgu. Neboli však roztrúsené vo všetkých oblastiach.

Nachádzali sa takmer výhradne v malej časti hipokampu. Niekoľko ďalších štúdií nezávisle potvrdilo, že mozog má k dispozícii liaheň nových buniek.

Novovznikajúce bunky mali charakter neurónov, ale aj podporných buniek. Pôvodný optimizmus po čase vystriedala vedecká opatrnosť.

Používaná látka totiž vstupovala aj do mŕtvych buniek. A tak sa hľadal ďalší dôkaz.

Prečo sú výsledky o neurogenéze rozdielne

Na sledovanie deliacich sa buniek v mozgu využil švédsky biológ profesor Jonas Frísen z Karolinska inštitútu v Štokholme rádioaktívny uhlík 14C, ktorého koncentrácia v atmosfére sa v čase menila vďaka studenej vojne.

Archeologická metóda mu pomohla zmapovať vznik nových neurónov vo vybranej časti mozgu. Uhlík sa integroval výhradne do deliacich sa buniek ľudského tela.

Vďaka tomu mohol Frísen mapovať vek vznikajúcich buniek. Bez ohľadu na to, či skúmal mozog mladého človeka alebo dôchodcu, počet vznikajúcich nervových buniek bol viac menej identický.

Podľa jeho výpočtov sa každý deň zrodí v našom mozgu 700 nových nervových buniek. Na prvý pohľad to neznie zle.

Nie všetci vedci však zdieľajú euforickú vieru v regeneračný potenciál mozgu. Jedna štúdia publikovaná v prestížnom časopise Nature priniesla detailnú analýzu deliacich sa buniek v mozgu a jej výsledky sú v príkrom rozpore s tým, čo uvádzali predchádzajúce pozorovania.

Počet sledovaných buniek v hipokampe klesal v čase po narodení. Vo veku 7-13 rokov ešte dokázali nájsť zopár osamelých buniek, ale po 18. roku života už neurogenéza nebola v mozgu prítomná.

Pri detailnejšom pohľade nájdeme množstvo drobných metodických rozdielov. Azda tým najväčším je spôsob spracovania tkaniva.

Rôzne prístupy v spracovaní mozgového tkaniva výrazne ovplyvňujú to, čo v mozgu dokážeme popísať a čo pre nás zostane utajené. Napriek rôznorodým pohľadom sa zdá, že mozog v dospelosti, ba dokonca aj v dôchodkovom veku, dokáže produkovať nové bunky.

Nové bunky nie sú iba neuróny

Neuróny nie sú ani zďaleka hlavným produktom neurogenézy v ľudskom mozgu. Dominujú podporné bunky, astrocyty, ktoré zabezpečujú opatrovateľské služby pre nervové bunky.

Neuróny tvoria len minoritnú skupinu a väčšina z nich, ak nie úplne všetky, patrí do jednej skupiny. Mozog nedokáže produkovať nervové bunky všetkých farieb a chutí a distribuovať ich do rôznych oblastí mozgu.

Čím viac sa snažíme pochopiť proces neurogenézy v ľudskom mozgu, tým viac sa nám vzďaľuje jeho význam. Väčšina buniek, ktoré majú ambíciu na to, aby z nich vznikli neuróny, nemá zatiaľ žiadnu kvalifikáciu.

Nachádzajú sa v rôznych vývojových štádiách a nemôžeme ich považovať za dospelé akcieschopné neuróny. Podľa niektorých štúdií trvá vývoj nových nervových buniek v dospelom mozgu mesiace ba až roky.

V tejto chvíli však nepoznáme celú skladačku. Zatiaľ nedokážeme povedať, aký význam má neuroperpetum mobile v našom mozgu.

Úloha učenia a skúseností

Náš mozog je plastický. Plasticitou mozgu rozumieme jeho schopnosť sa formovať a meniť na základe získaných skúseností.

Zakaždým, keď sa dozviete nejakú novú informáciu, zažijete akúkoľvek emóciu alebo si napríklad vezmete drogu, zmeníte tým usporiadanie vo svojom mozgu.

Vytvoríte, oslabíte alebo úplne pozmeníte spojenie medzi jednotlivými neurónmi, čo následne ovplyvní vaše budúce správanie. Jednoducho zmeníte svoj mozog.

Väčšina tohto prepájania sa udeje ešte pred tým, než dosiahneme vek 10 rokov. Ako rastieme a starneme, naša schopnosť vytvárať nové mozgové bunky a nové prepojenia sa zmenšuje, ale nikdy úplne nezmizne.

Vezmime si napríklad mozog taxikárov - pamäťové centrum ich mozgov fyzicky rastie, keď sa učia navigovať sa v uliciach miest. Takže ak sa neustále učíme, máme v podstate aj väčší mozog.

Mikroglie a vývoj mozgu

Mikroglie sú najpočetnejšie imunitné bunky v mozgu. Pomáhajú chrániť mozog pred škodlivými votrelcami, odstraňujú poškodené neuróny a podporujú normálny vývoj mozgu.

Tieto bunky, ktoré tvoria 5 až 10 percent mozgových buniek, pomáhajú organizovať vyvíjajúci sa mozog. Počas vývoja mikroglia ovplyvňuje, ktoré synapsy neuróny zachovajú a ktoré sa eliminujú.

Môže zvýšiť alebo znížiť citlivosť synáps, čím pomáha jemne doladiť komunikáciu v rámci mozgových obvodov. Imunitné bunky ľudského mozgu dozrievajú celé roky a vedci sa domnievajú, že ich nezvyčajne pomalý vývoj môže byť jedným z tajomstiev stojacich za našou mimoriadnou intelektuálnou výkonnosťou.

Vedci zistili, že dozrievanie ľudských mikroglií - imunitných buniek, ktoré pomáhajú formovať vyvíjajúce sa mozgové obvody - môže trvať štyri až osem rokov, zatiaľ čo pri myšiach to trvá len niekoľko týždňov.

Gén SRGAP2 a pomalé dozrievanie

Laboratórium doktora Polleuxa, výskumná skupina v oblasti neurovied, ktorú vedie doktor Franck Polleux v Zuckermanovom inštitúte Kolumbijskej univerzity v New Yorku, sa už viac ako pätnásť rokov venuje štúdiu génu SRGAP2, jedného z niekoľkých desiatok génov, ktoré sa duplikovali špecificky u ľudí.

Predchádzajúca práca doktora Polleuxa ukázala, že kópie génu SRGAP2 špecifické pre človeka zvyšujú počet synáps, čiže spojení, ktoré vytvárajú neuróny, a zároveň spôsobujú, že tieto synapsy dozrievajú veľmi pomaly.

Výsledkom je hustejšia a silnejšia sieť neurónových spojení, ktorá môže posilniť schopnosť mozgu spracovávať a ukladať informácie. Kópie génu SRGAP2 špecifické pre človeka boli v mikroglii takmer 10-krát početnejšie ako v neurónoch.

Experimenty s myšami a ľudskými bunkami ukázali, že ľudské kópie génu SRGAP2 výrazne spomaľujú vývoj ľudskej mikroglie. Tento gén pomáha regulovať tempo vývoja neurónov a príroda ho tiež vybrala na reguláciu vývoja mikroglií, ktoré sú pre vývoj neurónov také kľúčové, aby boli počas vývoja synchronizované.

Prečo sa ľudský mozog vyvíja tak dlho

V porovnaní s mozgami iných cicavcov sa ľudský mozog vyvíja počas nezvyčajne dlhého obdobia. Vedci tento predĺžený vývojový časový rámec označujú za neoténiu a predpokladá sa, že zohráva dôležitú úlohu pri vzniku pokročilých kognitívnych schopností človeka.

Nové zistenia naznačujú, že gén SRGAP2 môže pomáhať koordinovať pomalé tempo vývoja v rôznych typoch mozgových buniek vrátane neurónov a mikroglií.

Vedci sa teraz snažia presne určiť, ako tento gén podporuje neoténiu, teda biologický jav, pri ktorom si dospelý jedinec živočícha zachováva larválne znaky alebo vlastnosti mláďat, pričom je už schopný pohlavne dospieť a rozmnožovať sa.

Pomalý vývoj môže pomáhať ľudskej mikroglii ovplyvňovať ľudský mozog spôsobmi, ktoré umožňujú naše silné kognitívne schopnosti. Mikroglia sa podieľa na poruchách neurovývinu a na neurodegeneratívnych ochoreniach.

Poškodenie mozgu a jeho regeneračné možnosti

Hipokampus je oblasť v mozgu, kde začína Alzheimerova choroba, preto nie je žiadnym prekvapením, že v priebehu ochorenia dochádza k celkovému poklesu počtu deliacich sa buniek.

V čase, keď pacienti prichádzajú ku svojmu lekárovi s prvými príznakmi ochorenia, stratil ich hipokampus a priľahlé oblasti mozgu 60% svojich buniek.

Enormné straty nie je možné doplniť prostredníctvom neurogenézy a to ani v prípade, že by pracovala na plné obrátky. Zatiaľ zostáva otvorené, aký význam má tvorba nových buniek pre obnovu mozgu a pre jeho fungovanie v staršom veku.

Čo môže ovplyvňovať vznik nových buniek

Produkciu nových buniek v dospelom mozgu ovplyvňuje množstvo faktorov. Fyzická aktivita, stravovanie, lieky, pestré prostredie, ale aj epilepsia či mozgová mŕtvica dokážu zasiahnuť do produkcie nových buniek.

Pravidelným tréningom mozgu naštartujeme tzv. Neurogenéziu, teda proces vytvárania nových neurónov. Čím viac cvičíme a trénujeme, tým viac neurónov vytvárame.

Oba navrhované prístupy sú nesporne prospešné pre ľudské telo, avšak ich dopad na vývoj nervových buniek je neurčitý. Výsledky zo štúdií na hlodavcoch preto nemožno automaticky považovať za platné pre všetkých ľudí.

Naopak napr. Konzumácia alkoholu neurogenéziu spomaľuje. Vyhýbajme sa alkoholu či stresovým situáciám, naopak pravidelne trénujte, učme sa, vzdelávajte sa.

Čísla, ktoré približujú zložitosť mozgu

• Počet neurónov v ľudskom mozgu: 86 miliárd.
• Počet ďalších buniek: 85 miliárd.
• Počet prepojení jednej priemernej mozgovej bunky: 10 000.
• Celkový počet spojov medzi neurónmi sa blíži k jednej biliarde - tisícom biliónov.
• Priemerná váha mozgu: 1,4 kg.
• Priemerná dĺžka mozgu: 167 mm.
• Objem mozgovomiechového moku, ktorý mozog vyrába každý deň: 450 ml.
• Počet sekúnd, počas ktorých mozog zostáva pri vedomí bez prítoku krvi: 10 sekúnd.
• Hrúbka najmenšej mozgovej bunky: 0,004 milimetra.
• Percento telesnej váhy človeka, ktoré zaberá mozog: 2 %.
• Celková dĺžka komplexnej siete mozgového tkaniva: približne 500 000 km.
• Energia využívaná mozgom: 20 wattov.

Rozšírený mýtus tvrdí, že v mozgu sa nachádza viac neurónov ako hviezd v Mliečnej dráhe. Nie je to pravda.

Hviezd je približne od 200 do 400 miliárd, pričom v prípade mozgu sa počet neurónov odhaduje na 86 miliárd. Jednako je však mozog výnimočná štruktúra.

Množstvo prepojení a interakcií mu nedodáva len štrukturálnu komplexnosť, ale aj celok s neuveriteľnou funkcionalitou. Hoc hviezdy a galaxie môžu navzájom reagovať, nedokážu vykonávať zložité signalizovanie a výpočty, ktoré prebiehajú medzi neurónmi.

Prečo zostáva mozog stále záhadou

Dnes vieme, že mozog predstavuje sídlo emočných a myšlienkových procesov a skúsenosti. Dôkazom sú poškodenia mozgu, ktoré tieto procesy môžu ovplyvniť, alebo meranie elektrickej aktivity prípadne snímanie cez funkčnú magnetickú rezonanciu.

Porozumenie štruktúry mozgu je jednoduchšie ako jeho funkčná kapacita, ktorá je rozmanitá a extrémne zložitá. Zmapovať a simulovať fungovanie ľudského mozgu sa vo vedeckom projekte, ktorý financovala Európska únia (600 miliónov EUR) usilovalo asi 500 výskumníkov.

Podarilo sa síce vytvoriť 3D podoby mozgových štruktúr, ale celkový cieľ sa naplniť nepodarilo. Napriek tomu všetkému, výskumu neurológie, psychológie a ďalších kognitívnych vied, mozog zostáva záhadou.

Najväčšou z nich je, ako môže aktivita neurónov ovplyvňovať vedomú a prežívanú skúsenosť. To je záhada mozgu, záhada ľudského života.

tags: #pocet #mozgovych #buniek