Τομή για τη νευροεπιστήμη ο νέος χάρτης του εγκεφάλου - Έλληνας στην ερευνητική ομάδα
Nευροεπιστήμονες δημιούργησαν το μεγαλύτερο διάγραμμα καλωδίωσης και λειτουργικό χάρτη του εγκεφάλουενός θηλαστικού που έχει δημιουργηθεί μέχρι σήμερα, χρησιμοποιώντας ιστό από ένα τμήμα του εγκεφαλικού φλοιού ενός ποντικού που εμπλέκεται στην όραση, ένα επίτευγμα που θα μπορούσε να προσφέρει πληροφορίες για το πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος.
Επεξεργάστηκαν την αρχιτεκτονική του εγκεφάλου σε ένα δείγμα ιστού στο μέγεθος ενός κόκκου άμμου που φέρει περισσότερα από 200.000 κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων περίπου 84.000 νευρικών κυττάρων, που ονομάζονται νευρώνες, και περίπου 524 εκατομμύρια συνδέσεις μεταξύ αυτών των νευρώνων σε συνδέσεις που ονομάζονται συνάψεις. Συνολικά, συνέλεξαν δεδομένα που καλύπτουν περίπου 5,4 χιλιόμετρα (3,4 μίλια) νευρωνικής καλωδίωσης σε ένα τμήμα του εγκεφάλου που επεξεργάζεται τις οπτικές πληροφορίες από τα μάτια.
«Τα εκατομμύρια συνάψεις και οι εκατοντάδες χιλιάδες κύτταρα έχουν τέτοια ποικιλία σχημάτων και μεγεθών και περιέχουν μια τεράστια πολυπλοκότητα. Κοιτάζοντας την πολυπλοκότητά τους προκαλούν, τουλάχιστον σε εμάς, ένα αίσθημα δέους για την τεράστια πολυπλοκότητα του δικού μας μυαλού», δήλωσε ο νευροεπιστήμονας Φόρεστ Κόλμαν του Ινστιτούτου Allen για την Επιστήμη του Εγκεφάλου, ένας από τους επικεφαλής επιστήμονες της έρευνας που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature.
«Οι επιστήμονες μελετούν τη δομή και την ανατομία του εγκεφάλου -συμπεριλαμβανομένης της μορφολογίας των διαφόρων τύπων κυττάρων και του τρόπου σύνδεσής τους- για πάνω από έναν αιώνα. Ταυτόχρονα, χαρακτηρίζουν τη λειτουργία των νευρώνων - για παράδειγμα, τι πληροφορίες επεξεργάζονται», δήλωσε ο νευροεπιστήμονας Ανδρέας Τόλιας του Baylor College of Medicine, ένας από τους επικεφαλής της έρευνας.
«Ωστόσο, η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αναδύεται η λειτουργία των νευρώνων σε επίπεδο κυκλώματος υπήρξε πρόκληση, καθώς πρέπει να μελετήσουμε τόσο τη λειτουργία όσο και την καλωδίωση στους ίδιους νευρώνες. Η μελέτη μας αντιπροσωπεύει τη μεγαλύτερη προσπάθεια μέχρι σήμερα για τη συστηματική ενοποίηση της δομής και της λειτουργίας του εγκεφάλου μέσα σε ένα μεμονωμένο ποντίκι», πρόσθεσε ο Τόλιας.
Οι ερευνητές του Baylor College of Medicine δημιούργησαν έναν χάρτη της νευρικής δραστηριότητας σε ένα κυβικό χιλιοστό του πρωτογενούς οπτικού φλοιού καταγράφοντας τις αντιδράσεις των εγκεφαλικών κυττάρων, ενώ το ποντίκι έτρεχε σε διάδρομο, ενώ παρακολουθούσε μια ποικιλία εικόνων βίντεο, μεταξύ άλλων από τις ταινίες «The Matrix». Το ποντίκι είχε τροποποιηθεί γενετικά ώστε τα κύτταρα αυτά να εκπέμπουν μια φθορίζουσα ουσία όταν οι νευρώνες ήταν ενεργοί.
Οι ίδιοι νευρώνες απεικονίστηκαν στη συνέχεια στο Ινστιτούτο Allen. Οι εικόνες αυτές συναρμολογήθηκαν σε τρεις διαστάσεις και οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πρίνστον χρησιμοποίησαν τεχνητή νοημοσύνη και μηχανική μάθηση για να ανακατασκευάσουν τους νευρώνες και τα μοτίβα σύνδεσής τους.
Ο εγκέφαλος κατοικείται από ένα δίκτυο κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των νευρώνων που ενεργοποιούνται από αισθητηριακά ερεθίσματα όπως η όραση ή ο ήχος ή η αφή και συνδέονται με συνάψεις. Η γνωστική λειτουργία περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση μεταξύ της ενεργοποίησης των νευρώνων και των συνδέσεων μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων.
Οι ερευνητές βλέπουν πρακτικά οφέλη από αυτού του είδους την έρευνα.
«Πρώτον, η κατανόηση των κανόνων καλωδίωσης του εγκεφάλου μπορεί να ρίξει φως σε διάφορες νευρολογικές και ψυχιατρικές διαταραχές, όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια, οι οποίες μπορεί να προκύπτουν από λεπτές ανωμαλίες της καλωδίωσης. Δεύτερον, γνωρίζοντας ακριβώς πώς η νευρωνική καλωδίωση διαμορφώνει την εγκεφαλική λειτουργία, μας επιτρέπει να αποκαλύψουμε θεμελιώδεις μηχανισμούς της νόησης», δήλωσε ο Τόλιας.
Ένα βασικό εύρημα που αναδείχθηκε στην έρευνα αφορούσε έναν χάρτη του τρόπου οργάνωσης των συνδέσεων που αφορούν μια ευρεία κατηγορία νευρώνων στον εγκέφαλο που ονομάζονται ανασταλτικά κύτταρα. Όταν αυτοί οι νευρώνες ενεργοποιούνται, κάνουν τα κύτταρα με τα οποία συνδέονται λιγότερο ενεργά. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα διεγερτικά κύτταρα, τα οποία κάνουν τα κύτταρα με τα οποία συνδέονται πιο πιθανό να γίνουν ενεργά. Τα ανασταλτικά κύτταρα αντιπροσωπεύουν περίπου το 15% των νευρώνων του φλοιού.
