Naše těla fungují prostřednictvím neustálých rytmických procesů, jako je dýchání a noční čištění mozku. Nyní vědci zjistili, že základní rytmy v mozku i ve střevech fungují na pozoruhodně podobných fyzikálních principech, což potenciálně mění naše chápání obou systémů.
Paralelní fyzika v mozku a střevech
Stejné oscilační vzorce, které řídí trávení – pohyb potravy trávicím systémem – se vyskytují také v cévách mozku. Tyto vzorce pomáhají regulovat tok kyslíku a živin do mozku podle potřeby. Tento pozoruhodný objev zdůrazňuje společný fyzikální základ, který je základem zdánlivě odlišných biologických procesů.
Modelování střevních rytmů jako výchozí bod
Výzkum vedený mezinárodním týmem začal snahou porozumět tomu, jak mozkové krevní cévy řídí rytmické změny v průtoku krve, což je proces známý jako kortikální vazomotorika. K překonání této výzvy se vědci nejprve zaměřili na jednodušší systém: střevní motilitu. S využitím předchozího výzkumu tým vyvinul úplnější matematický model – model Ginzburg-Landau (GL) – reprezentující rytmy a vlny zapojené do procesu.
Vědci testovali svůj aktualizovaný model, aby zjistili, zda dokáže reprodukovat oscilační vzorce pozorované ve střevech koček. To bylo úspěšné, což prokázalo přesnost modelu.
Pochopení spojených vibrací
Jedním z klíčových výsledků matematického přístupu je schopnost vysvětlit, jak se blízké vibrace mohou vzájemně synchronizovat nebo „spojit“. Studie identifikovala kritické prahy pro to, kdy se oscilace budou synchronizovat a kdy ne. To vysvětluje vzorce v trávicím systému a překvapivě ukazuje podobnosti ve fungování neuronů v mozku.
„Spojené oscilátory spolu komunikují a každá část střeva je oscilátorem, který interaguje se sousedními sekcemi,“ vysvětluje fyzik Massimo Vergassola z Kalifornské univerzity v San Diegu. “Tradičně se sdružené oscilátory studují v homogenním prostředí, kde mají všechny oscilátory přibližně stejnou frekvenci. V našem případě byly frekvence rozmanitější, a to jak ve střevech, tak v mozku.”
Přetrvávají značné rozdíly
Je důležité si uvědomit, že mozek a střevo jsou stále zásadně odlišné systémy. Střeva fungují jako jednosměrný průchod pro potravu, zatímco krevní cévy v mozku tvoří složitou síť umožňující proudění ve více směrech.
Důsledky pro duševní zdraví a neurologické poruchy
Přestože studie ukazuje spíše podobné chování než přímou souvislost, má významný potenciál. Pochopením těchto běžných rytmů mohou vědci získat vhled do pulsací v mozku a střevech, které mohou signalizovat posuny v duševním zdraví nebo dokonce předpovědět nástup neurologických stavů, jako je demence.
“Mozek je mnohem složitější než střevo, ale tohle je věda v celé své kráse,” říká Kleinfeld. “Položíte jednu otázku, ta vás zavede jinam, vyřešíte tento problém a pak se vrátíte ke své původní otázce.”
Tento výzkum zdůrazňuje propojenost našich těl a ukazuje, jak pochopení základních fyzikálních principů může osvětlit složité biologické systémy. Objev těchto sdílených rytmů otevírá nové cesty pro výzkum zdraví mozku a střev a nabízí nový pohled na to, jak tyto životně důležité orgány komunikují a vzájemně se ovlivňují.
