Τετάρτη, 16 Μαΐου 2012

Προσπάθειες για χαρτογράφηση του εγκεφάλου

Στο εργαστήριο του νευρολόγου Jeff Lichtman, στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, μπορείς να συναντήσεις ένα πρωτότυπο, αλλά σχετικά μακάβριο μηχάνημα. Στην μια άκρη υπάρχει τοποθετημένος ένας εγκέφαλος, ο οποίος περνάει κάτω από ένα αυτόματο διαμαντένιο μαχαίρι που τον κόβει σε λεπτές φέτες. Οι λωρίδες ιστού τοποθετούνται η μία μετά την άλλη σε μια κολλώδη ταινία, δημιουργώντας ένα ιδιότυπο φιλμ.



Αυτή η κάπως παράδοξη τεχνική επιτρέπει στον Lichtman να μελετήσει ευκολότερα τους εγκεφαλικούς ιστούς, καθώς καθιστά πιο εύκολη τη μελέτη τους μέσω των ηλεκτρικών μικροσκοπίων. Όταν η εικόνα τους επεξεργάζεται και μετατρέπεται σε 3D, αποκαλύπτει την εσωτερική «καλωδίωση» ενός εγκεφάλου, ο οποίος έχει την μορφή μιας «μπερδεμένης μακαρονάδας», όπως αναφέρεται χαρακτηριστικά στο δημοσίευμά του Guardian.

Ο στόχος του Lichtman και των συνεργατών του είναι να εξερευνήσουν κάθε νευρώνα του εγκεφάλου, καθώς πιστεύουν πως μόνο έτσι θα μπορέσουν κάποτε να κατανοήσουν πλήρως τα μυστήρια του εγκεφάλου. Μια τόσο λεπτομερής χαρτογράφηση θα τους επιτρέψει την κατανοήση του βιολογικού κώδικα της προσωπικότητας, των αναμνήσεων, των δεξιοτήτων και των ευασθησιών κάθε ανθρώπου.

Για τον Lichtman, κάπου μέσα στο μυαλό μας, βρίσκεται αυτό που πραγματικά είμαστε.

Η εγκεφαλική μηχανή του νευρολόγου δημιουργεί πολύ λεπτές φέτες, που μοιάζουν με γκοφρέτες, μέσω μιας διασικασίας που διαρκεί έξι ημέρες και παράγει περίπου 30.000 κομμάτια. Ωστόσο, ο τεμαχισμός του εγκεφάλου είναι το πιο εύκολο μέρος της έρευνας.

Όταν ξεκίνησε το έργο αυτό, πριν αρκετά χρόνια, οι επιστήμονες υπολόγισαν πως για να χαρτογραφήσουν ένα εκατοστό από τον εγκέφαλο ενός ποντικού, θα χρειαζόταν περίπου 7.000 χρόνια. «Όπως ακούς τέτοιους αριθμούς, είναι φυσικό να αγχωθείς», εξηγεί ο Lichtman.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι μια άλλη ιστορία. Εκεί υπάρχουν περίπου 35 δισ. νευρώνες στην περιοχή ανάμεσα στα αυτιά. Κάθε ένας από αυτούς έχει δικό του κυτταρικό σώμα (φαιά ουσία) και μακριές, λεπτές επεκτάσεις που ονομάζονται δενδρίτες και άξονες (λευκή ουσία), οι οποίοι συνδέουν τον έναν νευρώνα με τον άλλον. Κατά μέσο όρο, κάθε νευρώνας σχηματίζει 10.000 συνδέσεις μέσω συνάψεων με άλλα νευρικά κύτταρα. Συνολικά, ο Lichtman εκτιμά ότι υπάρχουν 100 με 1000 συνδέσεις ανάμεσά τους.

Σε αντίθεση με τον πνεύμονα ή το νεφρό, όργανα τα οποία μπορούν να κατανοηθούν σχετικά εύκολα, ο εγκέφαλος αποτελείται από χιλιάδες ειδικούς τύπους εγκεφαλικών κυττάρων που μοιάζουν μεταξύ τους, αλλά συμπεριφέρονται διαφορετικά.

Ωστόσο, για κάποιους επιστήμονες η μέθοδος του Lichtman, δηλαδή η χαρτογράφηση σε επίπεδο μεμονωμένων κυττάρων αγγίζει τα όρια της υπερβολής. «Αν θέλουμε να μελετήσουμε το τροπικό δάσος, δεν χρειάζεται να εξετάσουμε κάθε φύλλο και κάθε κλαδί για να μετρήσουμε τη θέση του και τον προσανατολισμό του», σήλωσε ο Olaf Sporns, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα. «Είναι σαν να προσπαθείς να περιγράψεις την Μόνα Λίζα με τον καθορισμό των θέσεων των ατόμων και των μορίων που συνθέτουν το χρώμα», συμπληρώνει χαρακτηριστικά.

Η ομάδα επιστημόνων με την οποία συνεργάζεται ο Sporns εστιάζουν σε κάτι το οποίο είναι εφικτό σήμερα, την χαρτογράφηση των νευρικών καλωδιώσεων σε χάρτες μεγάλης κλίμακας. Αυτό το καλοκαίρι, το Human Connectome Project (HCP) αρχίζει να παράγει και να μελετά τους πιο λεπτομερείς χάρτες ενός υγειούς εγκεφάλου.

«Ακόμα και σε αυτές τις μεγαλύτερες κλίμακες, υπάρχουν πολλά πράγματα που μπορούμε να μάθουμε για τον εγκέφαλο», ισχυρίζεται ο Sporns. Η HCP έχει στρατολογήσει 1.200 ανθρώπους, των οποίων οι εγκέφαλοι θα σκανάρονται πέντε φορές μέσα σε δύο ημέρες σε αίθουσες του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον, στο Μιζούρι.

Οι εθελοντές είναι νεαροί ενήλικες, εντελώς υγιείς, ηλικίας 22 με 35 ετών και είναι ισπανόφωνοι, Ασιάτες, Αφροαμερικανοί και Καυκάσιοι. Για να δοθεί έμφαση στους γενετικούς παράγοντες της οργάνωσης του εγκεφάλου, η ομάδα θα αποτελείται από 300 ζευγάρια από αδέρφια, δίδυμα και μη, με σκοπό οι συμπεριφορές και οι γενετικές τροποποιήσεις να μπορέσουν να συγκριθούν. Ευτυχώς, το μυαλό των εθελοντών δεν θα κοπεί σε φέτες.

Οι νευροεπιστήμονες έχουν ήδη μια ιδέα για τη μορφή ενός ανθρώπινου εγκεφάλου, ωστόσο υπάρχει σημαντική μεταβλητότητα ακόμα και μεταξύ υγειών ανθρώπων. Ο φλοιός του εγκεφάλου αποτελεί το 80% του ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά κατέχει μόνο το ένα πέμπτο των νευρώνων του.

Οι σαρώσεις του HCP έχουν σκοπό να χαρτογραφήσουν την συνδεσιμότητα του εγκεφάλου των συμμετεχόντων στο επίπεδο του 1 ή των 2mm. Με αυτόν τον τρόπο, θα γίνουν γνωστά τα σημεία που τα νεύρα σχηματίζουν πυκνές δέσμες, οι οποίες μεταφέρουν γρήγορα τις πληροφορίες από τη μια περιοχή στην άλλη.

Οι επιστήμονες του HCP χρησιμοποιούν δύο διαφορετικές τεχνικές για να δημιουργήσουν μια εικόνα των δύο πτυχών της εργασίας του εγκεφάλου. Η πρώτη, η ανατομική, αποκαλύπτει την εξαιρετικά περίπλοκη καλωδώση του εγκεφάλου, η οποία είναι παρόμοια με τους αυτοκινητόδρομους που διασχίζουν την χώρα. Η δεύτερη τεχνική έχει να κάνει με την λειτουργική σύνδεση, η οποία δείχνει ποιά σημεία του εγκεφάλου δουλεύουν από κοινού όταν ξεκουραζόμαστε ή εκτελούμε μια συγκεκριμένη εργασία. Για το σκοπό αυτό, θα δοθούν στους συμμετέχοντες τεστ μνήμης, μαθηματικά προβλήματα και θα τους ζητηθεί να αναγνωρίσουν συναισθήματα.

Οι πρώτες ολοκληρωμένες έρευνες αναμένεται να ολοκληρωθούν και να βρεθούν στην διάθεση του κοινού μέσα στο προσεχές έτος. Οι χάρτες θα είναι ανώνυμοι, με σκοπό να προστατευτούν οι ταυτότητες των εθελοντών. Παρόλο που οι επιστήμονες έχουν διαφορετικές γνώμες, όλοι συμφωνούν σε ένα πράγμα. Μόνο με χαρτογράφηση θα δοθούν απαντήσεις για τις δυνατότητες του ανθρώπινου εγκεφάλου, καθώς όλες οι συνήθεις λειτουργίες του, η αποθήκευση των πληροφοριών, οι μνήμες και οι συμπεριφορές είναι κωδικοποιημένες. Ο εγκέφαλος είναι περίπλοκος, αλλά είναι και αναγνώσιμος.

Πηγή

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου