Η ανάλυση του ανθρώπινου εγκεφάλου αποτελεί κεντρικό στόχο της νευροεπιστήμης. Ωστόσο, για μεθοδολογικούς λόγους, η έρευνα έχει επικεντρωθεί σε μεγάλο βαθμό σε οργανισμούς-μοντέλα, ιδιαίτερα στο ποντίκι. Τώρα, οι νευροεπιστήμονες απέκτησαν νέες γνώσεις σχετικά με το ανθρώπινο νευρικό κύκλωμα χρησιμοποιώντας ιστό που ελήφθη από νευροχειρουργικές παρεμβάσεις. Τα δεδομένα του τρισδιάστατου ηλεκτρονικού μικροσκοπίου αποκάλυψαν ένα νέο διευρυμένο δίκτυο ενδονευρώνων στον άνθρωπο σε σύγκριση με το ποντίκι.
Ανάλυση ανθρώπινου εγκεφάλου
Η ανακάλυψη αυτού του εξέχοντος στοιχείου δικτύου στον ανθρώπινο φλοιό ενθαρρύνει περαιτέρω λεπτομερή ανάλυση της λειτουργίας του στην υγεία και τις ασθένειες. Με την πρώτη ματιά, οι εγκέφαλοι ποντικιού και ανθρώπου είναι εκπληκτικά παρόμοιοι: τα νευρικά κύτταρα που σχηματίζουν τον εγκέφαλό μας έχουν πολύ παρόμοια σχήματα και ιδιότητες, οι μοριακοί μηχανισμοί της ηλεκτρικής διέγερσης είναι εξαιρετικά διατηρημένοι και πολλά βιοφυσικά φαινόμενα που βρίσκονται σε άλλα είδη φαίνεται να ισχύουν επίσης για ανθρώπινους εγκεφάλους. “Λοιπόν, είναι πρωτίστως το γεγονός ότι ο εγκέφαλός μας είναι 1.000 φορές μεγαλύτερος, φιλοξενεί 1000 φορές περισσότερα νευρικά κύτταρα που μας επιτρέπει να παίζουμε σκάκι και να γράφουμε παιδικά βιβλία, κάτι που αναμφίβολα δεν μπορούν να κάνουν τα ποντίκια;”, ρωτά ο Moritz Helmstaedter, διευθυντής στο Max Planck Institute for Brain Research (Φρανκφούρτη) που ηγήθηκε της νέας μελέτης που δημοσιεύτηκε στις 23 Ιουνίου στο περιοδικό Science.
Αναλύοντας τα νευρωνικά δίκτυα σε ποντίκια, πιθήκους και ανθρώπους και χαρτογραφώντας την πλήρη δομή τους σε βιοψίες εγκεφαλικού ιστού, τα λεγόμενα connectomes, ο Helmstaedter και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι τα ανθρώπινα δίκτυα του φλοιού έχουν εξελίξει έναν νέο τύπο νευρωνικού δικτύου που ουσιαστικά απουσιάζει στα ποντίκια. Αυτό το νευρωνικό δίκτυο βασίζεται σε άφθονες συνδέσεις μεταξύ ανασταλτικών ενδονευρώνων. Χρησιμοποιώντας βιοψίες από νευροχειρουργικές παρεμβάσεις, που πραγματοποιήθηκαν από τον νευροχειρουργό Hanno-Sebastian Meyer και την ομάδα του στο TU Munich, οι ερευνητές εφάρμοσαν τρισδιάστατη ηλεκτρονική μικροσκοπία για να χαρτογραφήσουν περίπου ένα εκατομμύριο συνάψεις σε δείγματα ανθρώπινου εγκεφάλου.
Τα δεδομένα τους αποκάλυψαν, στους ανθρώπους, μια απροσδόκητη μεροληψία ενδονευρώνων (εμπλουτισμένων στους ανθρώπους) που συνδέονται μεταξύ τους, ενώ η νεύρωση (συναπτικές συνδέσεις) με τους κύριους νευρώνες παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό παρόμοια. “Αυτό μας υποδηλώνει μια σχεδόν δεκαπλάσια επέκταση ενός δικτύου μεταξύ νευρώνων σε ενδονευρώνα”, λέει ο Sahil Loomba, ένας από τους κύριους συγγραφείς των μελετών. “Οι ενδονευρώνες δημιουργούν περίπου το ένα τέταρτο έως το ένα τρίτο των νευρικών κυττάρων του φλοιού που συμπεριφέρονται με έναν πολύ περίεργο τρόπο: είναι ιδιαίτερα ενεργοί, ωστόσο, όχι για να ενεργοποιήσουν άλλους νευρώνες, αλλά για να τους φιμώσουν. Ακριβώς όπως οι φροντιστές του νηπιαγωγείου ή οι φύλακες στο μουσείο: η πολύ επίπονη και εξαιρετικά ενεργοβόρα δραστηριότητά τους είναι να κρατούν τους άλλους ήσυχους, ήσυχους”, εξηγεί ο Helmstaedter. “Τώρα φανταστείτε μια αίθουσα γεμάτη φύλακες μουσείων, που όλοι αλληλοσιωπούν ο ένας τον άλλον. Αυτό έχει αναπτύξει ο ανθρώπινος εγκέφαλος!”.
Τι θα μπορούσε όμως να σημαίνει αυτό; Η θεωρητική εργασία έχει προτείνει ότι τέτοια δίκτυα σιγαστών μπορούν να παρατείνουν το χρόνο κατά τον οποίο τα πρόσφατα γεγονότα μπορούν να διατηρηθούν στο νευρωνικό δίκτυο: επέκταση της μνήμης εργασίας. “Στην πραγματικότητα, είναι πολύ εύλογο ότι η μεγαλύτερη μνήμη εργασίας θα σας βοηθήσει να αντιμετωπίσετε πιο σύνθετες εργασίες, να διευρύνετε την ικανότητά σας για συλλογισμό”, λέει ο Helmstaedter. Η νέα ανακάλυψη προτείνει μια πρώτη ξεκάθαρη καινοτομία δικτύου στον άνθρωπο που αξίζει εντατική περαιτέρω μελέτη. Και προσθέτει: “Θα μπορούσε επίσης να είναι ένα σημείο παθολογικής αλλαγής και πρέπει να μελετηθεί στο πλαίσιο των νευροψυχιατρικών διαταραχών. Και τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό: καμία από τις σημερινές κύριες μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης δεν χρησιμοποιεί τέτοια δίκτυα μεταξύ νευρώνων”.