Nové neurony vznikají ve zpěvném mozkovém centru kanárů průběžně, ale skutečný vrchol jejich přílivu se projevuje v období, kdy se kanáři učí nové druhy nápěvů. Nottebohm z toho vyvodil celkem logický závěr, že se nové neurony podílejí na učení nápěvu.

Skutečnosti, že nové neurony mají co do činění s učením, na první pohled potvrzovaly i experimenty, při kterých se prokázalo, že americkým sýkorám Parus atricapillus na podzim nápadně přibývá nových neuronů v oblasti mozku zvané hipokampus. Před příchodem zimy si tyto sýkory vytvářejí zásoby semen a není pochyb o tom, že právě hipokampus zodpovědný za ukládání informací do paměti, má v tomto období obzvláště napilno. Sýkory si musí dobře zapamatovat, kam semena schovaly, protože je musí najít i po několika měsících. Závisí na tom její život.

Americkým sýkorám Parus atricapillus na podzim nápadně přibývá nových neuronů v oblasti mozku zvané hipokampus

Savci nejsou výjimka
Mnozí biologové zůstávali v otázce vzniku nových neuronů v mozku skeptičtí i po těchto objevech. Považovali vznik nových neuronů za „ptačí specialitu“. Svou skepsi opírali o celkem logickou úvahu. Ptáci potřebují pro svůj způsob života obrovské množství energie a šetří, kde se dá. Musejí být co nejlehčí a spotřebovávat co nejméně. Mohlo by pro ně proto výhodné zbavovat se mimo sezónu nepotřebných neuronů a tento úbytek nahradit novými neurony, až když se to ukáže jako nezbytné. Savci by takovým výkyvům podléhat neměli.

Tyto názory se houževnatě  držely při životě navzdory skutečnosti, že už v roce 1965 pozoroval Joseph Altman a jeho kolega Gopal Das z Massachusetts Institute of Technology vznik nových nervových buněk v mozku myší. V té době ale nebylo možné se stoprocentní jistotou rozhodnout, zda jsou nově vznikající buňky skutečně neurony, nebo zda se jedná o tzv. gliové buňky, jež zajišťují neuronům „týlové zabezpečení“ a u kterých je vznik nových buněk celkem běžným jevem.

 Gliové buňky (na snímku mozečku potkana jsou zbarveny zeleně)zajišťují neuronům „týlové zabezpečení“. Vznik nových buněk je mezi nimi celkem běžným jevem.

Teprve v roce 1992 učinili kanadští biologové všem  pochybnostem konec. Sam Weiss a Brent Reynolds z University of Calgary v Albertě nalezli v mozku myší buňky, z kterých vznikaly nové neurony. Jen o dva roky později zjistili Arturo Alavarez-Buylla a Carlos Lios z Rockefeller University, že v mozku dospělých myší vznikají nové neurony, které dokážou migrovat do oblasti mozku zodpovědné za vnímání pachů. Další výzkumy vyvrátily pochybnosti o tom, že by nově vzniklé neurony nestačily na své úkoly nebo snad dokonce zůstávaly stranou. Nejen že se nové neurony propojí se starými neurony čichového centra, ale reagují na podráždění čichových buněk.

Analogie se situací pozorovanou u ptáků získala ještě pevnější půdu pod nohama ve chvíli, kdy vědci jednoznačně potvrdili, že i u savců sídlí paměťová centra v hipokampu a že i u savců vznikají v této oblasti mozku nové neurony. Vše zdánlivě směřovalo k jednoznačnému zobecnění – nové neurony v mozku potřebují ptáci i savci pro učení, například  pro ukládání informací spojených s čichovými vjemy nebo s vjemy sluchovými. Jenže tak jednoduché to s novými neurony v mozku není.

Hipokampus sehrává důležitou roli v uchovávání informací v paměti

K čemu tedy jsou?
Výzkum úlohy nových neuronů v ptačích mozcích pokračuje o poznání vyšším tempem než obdobné studie na savcích. Kromě určitého náskoku tu sehrává významnou roli i skutečnost, že u ptáků se můžeme sledovat vliv vzniku nových neuronů na celkem jednoduché a velmi dobře definované typy chování, které se u jednotlivých druhů ptactva dramaticky liší.

Například samci kanárů vyluzují velice komplikované nápěvy v období páření  a každý rok se učí nové a nové typy nápěvů. Mimo období páření zpívají kanáři méně, jejich zpěv ztrácí na kvalitě a zároveň se zmenšuje i centrum v mozku, které zpěv řídí. S příchodem dalšího období páření  se příslušné mozkové centrum opět „regeneruje“ nově vzniklými neurony a zároveň se kanárům vrátí jejich pěvecké kvality. 

Úplně jinak zpívají australské zebřičky. Jejich samečci se během dospívání naučí jeden typ nápěvu  a ten pak už nikdy nemění. Celkem nevalné pěvecké kvality zebřiček také nepodléhají žádným sezónním výkyvům. V mozku zebřiček probíhají děje, které tomu odpovídají. Velké množství nových neuronů vzniká v centru pro řízení zpěvu jen během dospívání.

Studium zpěvu těchto dvou druhů – kanára a zebřičky – tedy jasně naznačovalo souvislost mezi učením a vznikem nových neuronů. Jenže výzkum zpěvu dalšího zpěvného ptactva ukázal něco jiného.Elliot Brenowitz z University of Washington v Seattlu si vybral pro svá studia druh snovače, který  podobně jako kanár zpívá nejlépe během období námluv, ale na druhé straně se podobá zebřičkám v tom, že svůj nápěv během života nemění. Brenowitz byl spolu se svým studentem Tonym Tramontinem velice zvědavý na to, kdy se objevují v mozku snovače nové neurony. Pokud jsou skutečně důležité jen pro učení, pak budou snovačům růst nové neurony jen v mládí, kdy se učí svůj celoživotní „song“. Pokud jsou ale nové neurony potřeba k samotnému zpěvu, budou narůstat v mozku při každém období páření, kdy se snovač dostává do pěvecké formy.

Jako správná se ukázala druhá varianta. Snovači získávají nové neurony s každou novou rozmnožovací sezónou, i když se nic nového neučí. 

 S podobným výsledkem skončily velice zajímavé pokusy, při kterých neurolog Jeffrey Macklis z Harvard University spolu se svou kolegyní Constance Scharffovou „předělal“ zebřičky na kanáry. Macklis ničil zebřičkám část neuronů v centru pro zpěv a následně sledoval, jak do tohoto centra migrují zcela nové neurony, aby úbytek neuronů nahradily. Zebřičky díky tomu začaly vykazovat jakýsi sezónní pokles a opětovný vzestup v množství neuronů tvořících centrum pro řízení zpěvu  - podobně jako kanáří v přirozeném cyklu zániku a obnovy neuronů tohoto mozkového centra. S úbytkem neuronů se zpěv zebřiček výrazně zhoršil, ale s přílivem nových neuronů do mozkového centra zpěvu se zebřičkám schopnost zpívat znovu vracela. Obnova zpěvu nebyla úplná, ale nikdy se nestalo, že by zebřičky začaly zpívat něco nového, co už předtím neuměly.

Také z těchto výzkumů lze vyvodit závěr, že vznik nových neuronů pomáhá ptákům ve zpěvu, ale nijak neovlivňuje jejich schopnost učení novým nápěvům.

 Australské zebřičky jsou oblíbeným objektem pro studium úlohy nových neuronů v mozku

Prolaktin – hormon pro růst mozku?
K osvětlení úlohy nových neuronů v mozku savců významně přispěli vědci z laboratoře jednoho ze zakladatelů tohoto relativně nového výzkumného odvětví Sama Weisse. Ti zjistili masový vznik nových neuronů u březích samic laboratorního potkana. První vlna nových neuronů vzniká v mozku samic již po týdnu březosti, jež trvá 21 dní. Druhá vlna se dostaví krátce po porodu. Vznikající neurony se zabudovávají do oblasti mozku zodpovědné za zpracování čichových vjemů. Má to zřejmě co do činění s potřebou potkaní matky vnímat velmi dobře pach mláďat, odlišit vlastní mláďata od cizích a poskytnout jim odpovídající péči. Růst nových neuronů v mozku by měl být vyvolán vzestupem hladin hormonu prolaktinu v těle potkaní matky během březosti a po porodu.

V životě člověka nesehrává činnost čichových mozkových center tak významnou úlohu jako v životě potkana. Mnohem větší pozornost přitahuje vznik nových neuronů v částech mozku zodpovědných za ukládání informací do paměti, např. v hipokampu.  Tato část mozku se lidem zmenšuje v důsledku odumírání neuronů s věkem, při některých onemocněních a dokonce i při duševních depresích. Každý z nás má by měl mít zájem na tom, aby si v těchto mozkových centrech udržel neurony v co nejlepší kondici a aby dokázal případný úbytek opět nahradit vznikem nových neuronů.

Prolaktin (červeně) ve vazbě na svůj receptor (modře). Tento hormon může přispívat ke vzniku nových neuronů v mozku.

Způsob, jak toho dosáhnout, naznačují výsledky pokus provedených týmem vědců vedených Fredem Gagem ze Salk Institute v americké La Jolla.  Gage zjistil, že stárnoucím potkanům vzniká v hipokampu až třikrát více neuronů, pokud jsou chováni v prostředí, kde mohou vést „duševně aktivní život“,  to znamená například v klecích, kde mají k dispozici „hračky“, jež je nutí „přemýšlet“.  Také v dalších pokusech se prokázala souvislost mezi učením nových věcí a tvorbou nových neuronů v paměťových centrech. Prvotní se tu zdá „duševní námaha“ a ta pak působí jako stimul pro růst neuronů. Gage se svými spolupracovníky zjistil, že k prudkému nárůst tvorby nových neuronů v paměťových centrech stačí potkanům dokonce jen zvýšená fyzická námaha, již neprovází „duševní vypětí“ (např. běh v otáčivém kole). Při stresu a depresích je zrod nových neuronů v paměťových centrech silně potlačen, ale obnoví se, pokud stresovaná zvířata dostávají léky s antidepresivními účinky. 

Jako když se vysypou šuplíky
Přibývání nebo naopak úbytek neuronů v jednotlivých centrech mozku není jednoduchým procesem. Naopak, je výslednicí tří na sobě více méně nezávislých procesů – vzniku nových buněk v mozku, jejich proměny na neurony a následného přežívání neuronů. V neposlední řadě je nutné, aby se nově vzniklé a přežívající neurony plně zapojily do činnosti mozkového centra, jehož jsou součástí. Celý proces je nesmírně komplikovaný a stejně tak jsou spletité jeho výsledné efekty.

Zdaleka tu neplatí, že čím více nových neuronů v mozku vzniká, tím lépe mozek funguje. Vědci narazili na řadu případů, kdy byli svědky přesně opačné situace. Například stresovaným rejskům rychle ubývaly neurony v centru mozku zodpovědném za orientaci v prostoru, ale zvířata s centrem oslabeným o zaniklé neurony si vedla v testech prověřujících prostorovou paměť lépe než rejsci, kterým z tohoto mozkového centra neurony neubyly. Podobně u některých potkanů sice dochází s věkem k poklesu počtu nově vznikajících neuronů v paměťových centrech, ale přitom se těmto zvířatům paměť příliš nezhorší a mnohá si vedou v testech prověřujících paměť stejně dobře jako „za mlada¨".

Rejsci zamotali biologům hlavy.

Situace se stává notně nepřehlednou a je těžké nalézt v často protichůdných výsledcích experimentů nějakou logiku. Přední americká neuroložka Elizabeth Gouldová z Princeton University trefně přirovnává současný stav výzkumu na poli vzniku nových neuronů v mozku k úklidu v kanceláři.

„Je to jako když se rozhodnete udělat si pořádek ve svých věcech. Než si věci utřídíte, musíte projít stádiem, kdy v místnosti zavládne ještě větší nepořádek, než jaký tu vládl před začátkem úklidu. Ocitli jsme se ve svém výzkumu ve stejné situaci, jako když vytaháte všechny věci z e skříní a šuplíků a z celého toho zmatku se vám dělá nanic.“

Není divu. Vědci se zabývají krajně složitými aspekty funkce mozku a nelze očekávat, že výzkum bude jednoduchý. Na tvorbu nových neuronů a následnou činnost mozku má vliv celá řada vlivů, z nichž některé zřejmě vůbec neznáme a mnohé další nemáme při pokusech tak úplně pod kontrolou. Mozek je zřejmě nejsložitěji utvářenou hmotou. Činnosti jeho center se vzájemně prolínají o ovlivňují. Je proto docela možné, že výsledné efekty v chování zvířat mají svůj původ v úplně jiných částech mozku, než na které vědci působí a které podrobují zevrubnějšímu zkoumání. Zatím proto nelze vyslovit jednoznačné závěry  o tom, zda a nakolik ovlivňuje vznik nových neuronů činnost a výkonnost  savčího (a tudíž i lidského) mozku.

 „Jsem optimista,“ říká Fred Gage. „Myslím si, že vznik nových neuronů je pro učení a výkonnost mozku nesmírně důležitý a jsem přesvědčen, že se nám to podaří  jednoznačně prokázat.“