Embryogenesen av den prefrontala hjärnbarken

Jag har i tre tidigare inlägg behandlat frågeställningen om hur förstoringen av hjärnbarken går till under embryogenesen, här, här och här.

Den centrala frågeställningen gällde hur man kan tänka sig att den prefrontala hjärnbarken tillkommit evolutionärt, som med sin speciella uppkoppling på den övriga hjärnbarken anses ha en viktig överordnad funktion.

Går det att spåra dubbleringen av den prefrontala hjärnbarken i embryogenesen, som är en av de få skillnader som finns mellan oss och schimpansen (1)?

Vid 4-5 veckors gestation kan man se den främre delen av neuralröret som kallas telencephalon. I en bok från 2002 (2) finns det information om att detta område kan delas in i ett nätverk ("grid") som utvecklas enligt nätet till hjärnans olika delar. Det är molekylära markörer som står för denna longitudinella och tangentiella indelning (3). Skador i denna utveckling anses kunna ge upphov till autism.

Det är dock intressant att notera att en ökad incidens av mental retardation ej observerades efter Hiroshima och Nagasaki bomberna före 8 veckors gestation. Effekten var som störst mellan 8 och 15 veckor (4).

Hos människa produceras neuronen i hjärnbarken mellan dag 40 och 125 (5). Axoner och dentriter formas efter cellerna har migrerat färdigt. Dessa neuron produceras under 11 celldelningar hos musen, 28 hos macaquen och med c:a 34-35 celldelningar hos människan.

Det är alltså en förstoring av neuralröret via det pseudostratifierade endotelcellslagret vid håligheten i röret (lumen) som äger rum innan nervceller bildas som är orsaken till den primära indelningen av hjärnans olika delar.

2002 är relativt sent så frågan är om så värst mycket mer är känt idag om den indelning som leder till den prefrontala hjärnbarkens uppkomst och uppkoppling. Uppkopplingen är mer unik än strukturen på hjärnbarken så det mest intressanta evolutionärt är kanske hur axoner och dendriter formas och de processer och gener som styr detta skeende. Det är dock troligt att en del av telencephalon vid vecka 5-7 predisponeras till att bli den prefrontala hjärnbarken utan att en enda nervcell ännu existerar.

Jag fortsätter letandet...

Referenser:

1. Hill, R. S. and Walsh C. A. Molecular insights into human brain evolution. (2005) Nature, 437, 64-67.
2. Nowakowski, R. S. and Hayes N. L. (2002) Principles in CNS development. in: Brain Development and Cognition (Johnson, Mark H., Munakata, Yuko, and Gilmore, Rick O. eds) s66. Blackwell Publishing.
3. Rubinstein, J. L. R. och Shimamura, K. (1997) Regulation of patterning and differrentiation in the embryonic vertebrate forebrain. in: Molecular and Cellular Approaches to Neural Development (Cowan, W. M., Jessell, T. M., and Zipursky, S. L., eds.) s356-90. Oxford University Press.
4. Otake, M. and Schull, W. J. (1984) In utero exposion to A-bomb radiation and mental retardation; a reassessment. British Journal of Radiology, 57, 409-14.
5. Rakic, P. (2002) Intrinsic and extrinsic determinants of neocortical parcellation: A radial unit model. in: Brain Development and Cognition (Johnson, Mark H., Munakata, Yuko, and Gilmore, Rick O. eds) s66. Blackwell Publishing.

Påbyggnad vs konstruktionsförändring

När en gren växer på ett träd så byggs den på successivt och en funktion, bladens ljusupptagande förmåga, byggs ut.

Jag roar mig med ett tankeexperiment som rör frågan om hur evolutionen bygger på nya funktioner och hur dessa spelas ut under embryogenesen.

Det är fascinerande att betrakta embryogenesen. Hur den tycks gå som på räls. Det ena leder till det andra.

Jag ställde frågan om hur vår intelligens, relativt schimpansens, byggdes på evolutionärt och om den kan ses som en påbyggnad under embryogenesen. Ett tillägg snarare än en konstruktionsförändring centralt.

Utvecklingen av neuralröret sker hos fåglar och däggdjur från mellanhjärnan i två riktningar: 1) frontalt, till det som sedan blir cortex; och 2) caudalt, nedåt ryggmärgen till.

Frågan är alltså om mellanhjärnan då representerar den evolutionärt äldsta delen av nervsystemet?

Paul D. MacLean och hans tredelshjärna, reptilhjärnan, limbiska systemet och neo-cortex från 1950-talet talar ju samma språk.

MacLeans system skulle då kunna byggas ut till en fyrdelshjärna där den fjärde delen blir den prefrontala cortexen med sin unika uppkoppling på alla de andra delarna i hjärnan.

Neuroembryologi

Använder mig av en bild i Lewis Wolperts utmärkta bok Principles of Development, 2002, för att illustrera hur lärobokslitteraturen förklarar uppkomsten av den cortikala ytan.

Överst på bilden ses neuralröret i genomskärning. Cortex bildas av den främre, slutna, delen på neuralröret. Den prefrontala cortexen, som är intresset för förklaringen, kanske är längs fram på toppen. Jag får återkomma med exakt position.

Vad man är överens om är att håligheten på neuralröret täcks av ett epitel som utgör en proliferationszon där neuroblaster bildas av epitelceller. Detta involverar ytmolekylerna Notch och Delta.

De omogna nervcellerna vandrar sedan upp längs radiala gliacellsutskott som jag beskrivet tidigare. De deponeras inifrån och ut.

Vad som inte klargörs är hur proliferationszonens yta förstoras och hur de olika delarna av cortex bildas med dess inbördes placeringar hos människa. Wolperts exempel här ovan är från vertebrater NUD.

På senare tid har det framkommit att olika delar av ytan inte nödvändigtvis har olika genexpression eftersom nya ytor kan ta över om de traditionella är skadade. Detta styrs i så fall av inkommande information.

Jag ger mig nu på jakt efter information som förklarar hur cortexytan uppstår från toppen på neuralröret. Hos människa vet man att acefala tillstånd uppstår om neuralröret ej sluts ordentligt. Den informationen jag letar efter finns kanske från primater.