Ανοίγει το «μαύρο κουτί» του εγκεφάλου

Επιστήμονες δημοσίευσαν το πιο λεπτομερές και πολύπλοκο «πορτρέτο» του ανθρώπινου εγκεφάλου που έχει δημιουργηθεί μέχρι σήμερα. Ένα «πορτρέτο» το οποίο συνθέτουν περισσότεροι από 3.000 διαφορετικοί τύποι κυττάρων που στο σύνολό τους «γεννούν» τα συναισθήματα, τις σκέψεις, τη μνήμη αλλά και τις ασθένειες του εγκεφάλου – πρόκειται για έναν δαιδαλώδη κυτταρικό συνδυασμό ο οποίος μας κάνει… ανθρώπους.

Τα νέα ευρήματα, που συμπληρώνουν κομμάτι-κομμάτι το «παζλ» του εγκεφάλου, δημοσιεύονται σε 21 διαφορετικές μελέτες, σε πολλά επιστημονικά περιοδικά. Αποτελούν τμήμα της πρωτοβουλίας BRAIN (Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies), μιας ερευνητικής προσπάθειας που έχει χρηματοδοτηθεί με 3 δισ. δολάρια από την αμερικανική κυβέρνηση με στόχο την ανάπτυξη τεχνολογίας και εργαλείων για τη χαρτογράφηση του ανθρώπινου εγκεφάλου και την κατανόηση της λειτουργίας του.

Τα αποτελέσματα που βλέπουν τώρα το φως της δημοσιότητας αρχίζουν να ανοίγουν το «μαύρο κουτί» του εγκεφάλου, παρέχοντας μια αρχική αναλυτική λίστα των κυτταρικών τύπων των διαφόρων περιοχών του, όπως αναφέρεται σε σχετικό δημοσίευμα της Washington Post.

«Κάθε περιοχή του εγκεφάλου είναι εξίσου πολύπλοκη με οποιοδήποτε άλλο όργανο» ανέφερε ο Εντ Λέιν, νευροεπιστήμονας στο μη κερδοσκοπικό Ινστιτούτο Allen για τις Επιστήμες του Εγκεφάλου, με έδρα το Σιάτλ, ο οποίος ήταν επικεφαλής αρκετών από τις νέες μελέτες, και προσέθεσε: «Η συγκεκριμένη είναι η πρώτη πραγματικά αναλυτική περιγραφή αυτής της πολυπλοκότητας. Αν δεν κατανοήσουμε αναλυτικά τον εγκέφαλο, δεν θα καταφέρουμε ποτέ να κατανοήσουμε τις νόσους που τον πλήττουν».

Οι διαφορές που μας κάνουν ανθρώπους

Οι νέες μελέτες αποκαλύπτουν ότι οι κυτταρικοί τύποι από τους οποίους αποτελείται ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι παρόμοιοι με εκείνους που συνθέτουν τον εγκέφαλο άλλων πρωτευόντων ειδών. Αυτό μαρτυρεί ότι οι διαφορές στον τρόπο που συνδυάζονται αυτοί οι τύποι κυττάρων μεταξύ τους, αλλά και οι διαφορές στη δραστηριότητα μόνο λίγων εκατοντάδων γονιδίων, δίνουν την εξήγηση σχετικά με τις εκλεπτυσμένες γνωστικές ικανότητες που έχουν αποκλειστικώς οι άνθρωποι σε σύγκριση με τα άλλα είδη.

Τα καινούργια ευρήματα δείχνουν επίσης πώς η η εφαρμογή διαφορετικών καινοτόμων τεχνικών μπορεί να αποκαλύψει τον τρόπο με τον οποίο ο ανθρώπινος εγκέφαλος αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, τις διαφορές μεταξύ δύο «τυπικών» ενήλικων εγκεφάλων, καθώς και το πώς ο αναπτυσσόμενος εγκέφαλος καθίσταται ευάλωτος σε διαταραχές όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια.

Σαν διαστημόπλοιο σε άλλον πλανήτη

Ο Χένρι Γκρίλι, καθηγητής Νομικής στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ, ο οποίος ειδικεύεται στην ηθική των βιοϊατρικών τεχνολογιών και ήταν μέλος συμβουλίου που συνέβαλε στο πρόγραμμα του εγκεφάλου, παρομοίασε, μιλώντας στη Washington Post, τα νέα ευρήματα με ένα διαστημόπλοιο που πηγαίνει σε έναν άλλο πλανήτη προκειμένου να τον φωτογραφίσει.

«Βλέπεις πού βρίσκονται τα όρη και οι κοιλάδες, βλέπεις τα παγοκαλύμματα – αυτό κατ’ αντιστοιχία πέτυχε η συγκεκριμένη έρευνα ανάλυσης του εγκεφάλου» σημείωσε ο καθηγητής. Συμπλήρωσε ότι οι νέες μελέτες «παρουσιάζουν ένα αληθινά πολύπλοκο αντικείμενο, ίσως το πιο πολύπλοκο φυσικό αντικείμενο που γνωρίζουμε έως σήμερα στο Σύμπαν», και υπογράμμισε ότι οι δημοσιεύσεις αυτές δεν αποτελούν τελικό προϊόν, αλλά μάλλον μια ενδιάμεση έκθεση για ένα πρόγραμμα που θα χρειαστούν πολλά χρόνια προκειμένου να ολοκληρωθεί. «Χρειάζεται να είναι κάποιος προσγειωμένος, να φέρει εις πέρας τη σκληρή δουλειά σπιθαμή προς σπιθαμή».

Δαιδαλώδες σύνολο 86 δισ. νευρώνων και 3.000 κυτταρικών τύπων

Πριν από περισσότερο από έναν αιώνα, ο νευροεπιστήμονας Σαντιάγο Ραμόν ι Καχάλ δημιούργησε ορισμένα από τα πρώτα πολύπλοκα σχέδια διαφορετικών ειδών εγκεφαλικών κυττάρων. Ωστόσο, ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι τρομακτικά αχανής, ένα δαιδαλώδες σύνολο 86 δισ. νευρώνων και σχεδόν αντίστοιχου αριθμού γλοιακών κυττάρων.

Η πρωτοβουλία ΒRAIN, που πρωτοανακοινώθηκε πριν από μια δεκαετία, βασίστηκε στην πρόοδο της επιστήμης και στη δυνατότητα να κατηγοριοποιούνται οι διαφορετικοί κυτταρικοί τύποι σύμφωνα με τα ακριβή μοριακά χαρακτηριστικά τους, συμπεριλαμβανομένης της γονιδιακής έκφρασής τους.

Σε μία από τις μελέτες, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτή την τεχνική για να μελετήσουν τρεις εγκεφάλους δοτών στους οποίους και ταυτοποίησαν περισσότερους από 3.000 τύπους κυττάρων. Η μέτρηση αυτή δεν είναι η τελική, ωστόσο αποτελεί το πιο λεπτομερές προσχέδιο έως σήμερα. Για να συνειδητοποιήσει κάποιος πόσο μεγάλος είναι αυτός ο αριθμός, ο Τρίγκβε Μπάκεν, νευροεπιστήμονας από το Ινστιτούτο Allen, σημείωσε ότι ο πνεύμονας αποτελείται από περίπου 100 τύπους κυττάρων.

Η (παιδική) μελέτη της φλεγμονής

Ο εντοπισμός των «συστατικών» ενός τυπικού εγκεφάλου είναι, πάντως, μόνο μία από τις προκλήσεις που έχουν να αντιμετωπίσουν οι επιστήμονες. Είναι εξίσου σημαντικό να κατανοήσουν πώς οι διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου συνδέονται μεταξύ τους, ποιον ρόλο έχει το κάθε εγκεφαλικό κύκλωμα, ποιες αλλαγές υφίσταται η κάθε περιοχή κατά την ανάπτυξη του εγκεφάλου, καθώς και τι ακριβώς συμβαίνει όταν ένα άτομο πάσχει από μια νευρολογική νόσο.

Σε μια από τις μελέτες οι ερευνητές εξέτασαν τον εγκέφαλο παιδιών που είχαν αποβιώσει από διαφορετικά αίτια, προκειμένου να ανακαλύψουν αν τα παιδιά που είχαν εμφανίσει φλεγμονή στον οργανισμό τους παρουσίαζαν σημάδια επίδρασης της φλεγμονώδους διαδικασίας στον εγκέφαλό τους σε κυτταρικό επίπεδο. Ανακάλυψαν ότι δύο τύποι νευρώνων-«κλειδιών», συγκεκριμένα οι νευρώνες Golgi και Purkinje, παρουσίαζαν αλλαγές. Τώρα εξετάζουν τους εγκεφάλους ενηλίκων που έχουν διαγνωστεί με σχιζοφρένεια και αυτισμό ώστε να δουν αν εμφανίζονται αντίστοιχες αλλαγές.

Στα άδυτα του εγκεφάλου με Αλτσχάιμερ και Πάρκινσον

Άλλες ερευνητικές ομάδες που συμμετέχουν στην πρωτοβουλία BRAIN εξετάζουν τον εγκέφαλο ασθενών με Πάρκινσον και Αλτσχάιμερ – νευροεκφυλιστικές διαταραχές των οποίων οι μηχανισμοί παραμένουν ακόμα σε μεγάλο βαθμό μυστήριο για τους ειδικούς. «Η πρόκληση που έχουμε να αντιμετωπίσουμε σε ό,τι αφορά πολλές νευρολογικές και νευροψυχιατρικές διαταραχές έχει να κάνει με το ότι δεν γνωρίζουμε πόσες περιοχές του εγκεφάλου δεν λειτουργούν όπως πρέπει» ανέφερε στην Washington Post o Τζον Γκάι, διευθυντής της πρωτοβουλίας για τον εγκέφαλο. «Το ωραίο είναι ότι με αυτή την έρευνα βρίσκουμε τρόπο να εισέλθουμε στα άδυτα των περιοχών του» συμπλήρωσε.

Η λύση κάθε γρίφου γεννά έναν νέο

Άλλα κομμάτια αυτού του μεγάλου προγράμματος, που αναμένεται να αποκαλύψει σημαντικά… εγκεφαλικά μυστικά, ακόμη «ξεδιπλώνονται». Τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ έχουν χρηματοδοτήσει περισσότερα από 1.300 διαφορετικά προγράμματα που αφορούν τον εγκέφαλο. Το συγκεκριμένο ερευνητικό πεδίο είναι ένα από εκείνα που θεωρητικώς θα παραμείνει για πάντα ανοιχτό, καθώς κάθε γρίφος που λύνεται γεννάει νέα ερωτήματα.

Ακόμη και οι επιστήμονες που ανυπομονούσαν να ολοκληρώσουν τη φάση της καταγραφής των κυτταρικών τύπων του εγκεφάλου για να περάσουν σε πιο συγκεκριμένα και ουσιώδη, όπως πίστευαν, ερωτήματα, εξεπλάγησαν από τα όσα έχουν ήδη ανακαλυφθεί και μόνο από την αποκάλυψη του τεράστιου αριθμού διαφορετικών τύπων εγκεφαλικών κυττάρων.

«Όταν άρχισε η κατηγοριοποίηση των κυτταρικών τύπων, πριν από πέντε χρόνια, σκεφτόμουν πότε θα τελειώσει αυτή η φάση χαρτογράφησης, καθώς δεν ήταν ενδιαφέρουσα» ανέφερε στην αμερικανική εφημερίδα ο Σεθ Αμεντ, ερευνητής στο Ινστιτούτο για τις Επιστήμες του Γονιδιώματος στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ, ο οποίος εργάστηκε στη μελέτη σχετικά με τη φλεγμονή. «Οσο περισσότερο, όμως, ασχολούμαστε με τη χαρτογράφηση, μου φαίνεται εκπληκτικό ότι το γονιδιώμά μας είναι ικανό να παράγει τέτοια ποικιλομορφία κυττάρων στον εγκέφαλο. Και αυτή η ποικιλομορφία είναι θεμελιώδης για τη λειτουργία του».

Η επόμενη φάση

Οι ερευνητές προχωρούν ήδη στην επόμενη φάση του προγράμματος, η οποία περιλαμβάνει τη δημιουργία ακόμη πιο λεπτομερών ατλάντων, με χρήση περισσότερων εγκεφάλων. Απώτερος στόχος είναι να κατανοήσουν τι συμβαίνει στον εγκέφαλο όταν πλήττεται από νόσους που αποδεικνύονται «πολύ σκληρές για να πεθάνουν». Πολλά φάρμακα για ασθένειες όπως η Αλτσχάιμερ ή η Πάρκινσον, τα οποία είχαν φανεί υποσχόμενα σε εργαστηριακά πειράματα, αποτυγχάνουν στους ανθρώπους. Ετσι, οι ενδελεχείς αυτές έρευνες αναμένεται να βοηθήσουν τους επιστήμονες να καταλάβουν πότε υπάρχει τεράστια απόσταση μεταξύ πειραμάτων και πραγματικότητας και πότε όχι. Ο Τόμας Ινσελ, πρώην διευθυντής του αμερικανικού Εθνικού Ινστιτούτου για την Ψυχική Υγεία, ήταν επικεφαλής της μεγάλης επιστημονικής πρωτοβουλίας για τον εγκέφαλο έως το 2015. Έκτοτε δεν ασχολείται με τη νευροεπιστήμη, αλλά έχει επικεντρωθεί στη φροντίδα των ψυχικά ασθενών. Στο βιβλίο του «Healing: Our Path from Mental Illness to Mental Health» αναφέρεται στην περίπτωση ενός γονέα νεαρού ασθενούς, ο οποίος υποστήριζε ότι η νευροεπιστήμη επικεντρώνεται υπέρ το δέον στις βιολογικές λεπτομέρειες, την ώρα που άνθρωποι υποφέρουν. «Το σπίτι μας καίγεται και εσείς επικεντρώνεστε στη χημική σύσταση της μπογιάς με την οποία είναι βαμμένοι οι τοίχοι» είχε πει στον Ινσελ.

Η αξία ανάλυσης του… χρώματος των τοίχων

Σε επικοινωνία που είχε με τον Ινσελ η συντάκτρια του άρθρου της Washington Post, Καρολάιν Τζόνσον, εκείνος ανέφερε μέσω e-mail πως, παρότι ο ίδιος ασχολείται προσφάτως με την ψυχική υγεία, θεωρεί ότι οι λεπτομέρειες που έρχονται στο φως από έρευνες όπως αυτή του νέου άτλαντα του εγκεφάλου είναι ζωτικής σημασίας. «Ενθουσιάζομαι που βλέπω αυτόν τον θησαυρό νέων δεδομένων σχετικά με τον εγκέφαλο. Μπορεί να αφορά τη… χημική σύσταση της μπογιάς, αλλά χρειάζεται να μάθουμε περισσότερα για αυτήν – ακόμη και αν το να μαθαίνουμε περισσότερα σημαίνει ότι η χημική σύσταση της μπογιάς είναι πιο πολύπλοκη από ό,τι πιστεύαμε».

Πηγή: protagon.gr