Το σώμα αυτορυθμίζεται σε μια διαδικασία γνωστή ως ομοιόσταση και ο εγκέφαλος είναι υπεύθυνος για αυτό καθώς παρακολουθεί συνεχώς όλα τα ζωτικά σήματα του σώματος. Εάν χρειάζεστε περισσότερο οξυγόνο, για παράδειγμα, τότε στέλνεται ένα μήνυμα στον εγκέφαλο που λέει στο σώμα να προσαρμόσει την αναπνοή και τον καρδιακό σας ρυθμό. Αλλά οι νευρώνες που εμπλέκονται στη ρύθμιση της αναπνοής και του καρδιακού ρυθμού δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ άμεσα, μέχρι τώρα, χάρη στην τεχνολογία καταγραφής εγκεφάλου κατά τη διάρκεια χειρουργικής επέμβασης στον εγκέφαλο.
Οι νευροεπιστήμονες του EPFL, σε συνεργασία με χειρουργούς και νευροεπιστήμονες στο Ινστιτούτο Νευροεπιστημών Rockefeller του Πανεπιστημίου της Δυτικής Βιρτζίνια και στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill, δείχνουν ότι μεμονωμένοι νευρώνες βαθιά στον ανθρώπινο εγκέφαλο, σε δύο θαλαμικούς πυρήνες και στον υποθαλαμικό πυρήνα, κωδικοποιούν ζωτικής σημασίας φυσιολογικές σήματα από την καρδιά και τους πνεύμονες, παρέχοντας την πρώτη άμεση απόδειξη αυτού στους ανθρώπους. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο PNAS.
«Οι νευρικές συνδέσεις μεταξύ των εσωτερικών οργάνων του σώματος και του εγκεφάλου είχαν υποτεθεί με βάση σπάνια έρευνα σε ζώα και υπάρχουσα ανατομική εργασία», εξηγεί η πρώτη συγγραφέας Emanuela De Falco του Εργαστηρίου Γνωστικής Νευροεπιστήμης του EPFL, με επικεφαλής τον Olaf Blanke. «Βρήκαμε ότι τα καρδιοαναπνευστικά σήματα επηρεάζουν ένα μεγάλο μέρος των νευρώνων». Ο Μάρκο Σόλκα, συγγραφέας της μελέτης συνεχίζει, «Ο εντοπισμός αυτών των νευρώνων είναι σημαντικός, καθώς ρίχνει φως στο πώς αυτή η επικοινωνία σώματος-εγκεφάλου συμβαίνει στο βαθύ εγκέφαλο».
Η επικοινωνία μεταξύ του σώματος και του εγκεφάλου είναι επίσης γνωστό ότι σχετίζεται με πολλές σημαντικές γνωστικές και συναισθηματικές διαδικασίες καθώς επηρεάζει, για παράδειγμα, την οπτική ανίχνευση, τη συναισθηματική ρύθμιση και τη λήψη αποφάσεων. Η δυσλειτουργία της επικοινωνίας σώματος-εγκεφάλου αναγνωρίζεται ως σημαντικό χαρακτηριστικό διαφόρων καταστάσεων ψυχικής υγείας, συμπεριλαμβανομένων του άγχους, της διάθεσης, της διατροφής και των ψυχοσωματικών διαταραχών.
Μια μοναδική ευκαιρία με βαθιά εγκεφαλική διέγερση
Η μελέτη διεξήχθη σε πολλά χρόνια, χάρη σε μια συνεργασία με τον Δρ. Ali Rezai, νευροχειρουργό και διευθυντή του Ινστιτούτου Νευροεπιστήμης Rockefeller University West Virginia, καταγράφοντας τη δραστηριότητα μεμονωμένων νευρώνων σε ασθενείς που υποβάλλονται σε χειρουργική επέμβαση για διέγερση βαθιάς εγκεφάλου (DBS). για τη θεραπεία διαφόρων ιατρικών καταστάσεων. Το DBS αποτελείται από διέγερση νευρώνων βαθιά μέσα στον εγκέφαλο μέσω ενός ανιχνευτή ηλεκτροδίου.
Πριν από την εισαγωγή του καθετήρα, οι νευροχειρουργοί επιλέγουν μερικές φορές να εισάγουν προσωρινά ένα μικροηλεκτρόδιο στον εγκέφαλο και να κάνουν καταγραφές της εγκεφαλικής δραστηριότητας, καθώς βελτιώνει το σημείο στον εγκέφαλο που εισάγεται στη συνέχεια ο ανιχνευτής DBS. Όπως και σε προηγούμενα έργα, οι επιστήμονες του EPFL είδαν τις δυνατότητες σε αυτές τις καταγραφές με μικροηλεκτρόδια και παρακολούθησαν ηλεκτροκαρδιογραφήματα ταυτόχρονα, λαμβάνοντας έτσι συζευγμένες καταγραφές της δραστηριότητας του νευρώνα και διαφορετικά καρδιακά και αναπνευστικά σήματα.
«Τώρα γνωρίζουμε πού βρίσκονται αυτοί οι νευρώνες, οι άμεσες μελλοντικές μελέτες θα μπορούσαν να επικεντρωθούν στην κατανόηση του μηχανισμού βρόχου ανάδρασης μεταξύ του καρδιακού ρυθμού και της νευρικής δραστηριότητας στις υποφλοιώδεις περιοχές του εγκεφάλου και της συμμετοχής τους στην αυτοσυνείδηση και στις κινητικές προθέσεις ή στην ελεύθερη βούληση», λέει. Ντε Φάλκο. «Γενικά, αυτή η μελέτη θέτει τα θεμέλια για αρκετές μελλοντικές εξελίξεις, προς την κατανόηση του εγκεφάλου και ευρύτερα σε ψυχιατρικές καταστάσεις».