Νευροεπιστήμες και προσαρμοστικότητα εγκεφάλου.

Προγραμματισμένος να επιτελεί αναρίθμητο πλήθος ενεργειών κάθε εγκέφαλος καλείται ανά πάσα στιγμή να ερμηνεύσει το περιβάλλον του και να «αποφασίσει» με ποιον τρόπο θα αναπροσαρμόσει τον εαυτό του ώστε να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις που προκύπτουν.

της Σουφλέρη Ιωάννας Α. - Αναδημοσίευση από το Βήμα Science.

Ένας εγκέφαλος γεννιέται

Ο εγκέφαλός μας αναπτύσσεται και δομείται κατά την εμβρυογένεση σύμφωνα με ένα «σχέδιο ανάπτυξης» το οποίο υπάρχει στα γονίδιά μας και είναι κοινό για όλους μας. Ετσι, από ένα σχετικά ομοιογενές σύνολο κυττάρων αναπτύσσονται διακριτές περιοχές του εγκεφάλου που έχουν διαφορετικές δεξιότητες και αποστολές. Η δημιουργία διαφορετικών νευρικών κυττάρων, οι συνδέσεις τους και η σύνδεση διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου βάζουν τα θεμέλια της συμπεριφοράς μας μετά τη γέννηση. Μικρές διακυμάνσεις στη δημιουργία του εγκεφάλου λόγω κληρονομικότητας αλλά και τυχαίων αλληλεπιδράσεων με το περιβάλλον φαίνεται ότι σφραγίζουν την ατομικότητά μας και την προδιάθεσή μας για διάφορες φυσιολογικές συμπεριφορές καθώς και πιθανές διαταραχές.

Ολα ξεκινούν από το ζυγωτό, το γονιμοποιημένο ωάριο το οποίο αρχίζει να διαιρείται. Ενώ λοιπόν στην αρχή όλα τα κύτταρα του αναπτυσσόμενου εμβρύου είναι ισότιμα, σιγά σιγά επέρχεται ένας περιορισμός του αναπτυξιακού δυναμικού τους: μειώνονται οι τύποι κυττάρων που μπορούν να προκύψουν από αυτά. Ο,τι ισχύει για το σύνολο του εμβρύου ισχύει και για τον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο: τα κύτταρα που τον δημιουργούν χάνουν βαθμηδόν την ομοιογένειά τους προκειμένου να δημιουργηθούν οι διαφορετικές δομές του. Σύμφωνα με τον κ. Γαβαλά (ερευνητής Γ, Τομέας Αναπτυξιακής Βιολογίας, Κέντρο Βασικής Ερευνας Ι, Ιδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών της Ακαδημίας Αθηνών), «η ανάπτυξη του εμβρύου προχωρά με διαδοχικούς περιορισμούς του αναπτυξιακού δυναμικού των κυττάρων. Πηγή αυτής της διαδικασίας είναι η μοριακή ασυμμετρία,η οποία εξηγεί και το ότι διαφορετικές περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού επιτελούν διαφορετικές λειτουργίες παρά την επιφανειακή ομοιότητά τους».

Πώς όμως κάθε κύτταρο γνωρίζει ποια είναι η αποστολή του; «Τα κύτταρα αποκτούν διαφορετική ταυτότητα και τελικά διαφορετική εξειδίκευση με βάση την προϊστορία τους (από ποια περιοχή του εμβρύου προέρχονται) και τα σήματα που δέχονται από διαφορετικά οργανωτικά κέντρα. Η προϊστορία τους τούς δίνει το κλειδί- τον ερμηνευτικό κώδικα- για να ερμηνεύσουν τα εξωκυττάρια σήματα που δέχονται και να διαφοροποιηθούν ανάλογα» λέει ο έλληνας ερευνητής· και συνεχίζει: «Καθώς μεγαλώνει ο εγκέφαλος πρέπει να λύσει το πρόβλημα ότι οι περιοχές που έχουν τη δυνατότητα να δημιουργήσουν νευρικά κύτταρα βρίσκονται μακριά από τις περιοχές που τα χρειάζονται και επίσης να φέρει σε γειτνίαση κύτταρα που πρέπει να συνδεθούν με άξονες για την ανταλλαγή πληροφοριών.Ετσι,τα κύτταρα που παράγονται μεταναστεύουν ομαδικά μακριά από τον τόπο γέννησής τους ακολουθώντας και αποφεύγοντας σήματα που βρίσκονται στον εξωκυττάριο χώρο ή ακολουθώντας τις απολήξεις άλλων,εξειδικευμένων κυττάρων. Μόλις οι νευρώνες παραχθούν και μεταναστεύσουν στην τελική τους θέση χρειάζεται να διασυνδεθούν μεταξύ τους στην ίδια περιοχή καθώς και να συνδεθούν με μακρινές περιοχές. Αυτό επιτυγχάνεται με δημιουργία αξόνων που μεγαλώνουν μακριά από το κυτταρικό σώμα, σε αποστάσεις που μπορεί να είναι σε μήκος εκατοντάδες φορές μεγαλύτερο από τη διάμετρο του κυττάρου, ακολουθώντας και αποφεύγοντας σήματα διαχεόμενα και μη,σκορπισμένα στην εξωκυττάρια περιοχή, ψάχνοντας να προσδεθούν στα νευρικά κύτταρα της περιοχής-στόχου. Οι προτιμήσεις του άξονα τόσο κατά το ταξίδι του όσο και για την πρόσδεσή του καθορίζονται από την ταυτότητα του νευρικού κυττάρου».

Ζωντανό ζυμάρι

Δεν έχει περάσει πολύς καιρός από τότε που οι ερευνητές πίστευαν ότι η δημιουργία νέων νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο σταματάει μετά τη γέννηση και ότι πεθαίνουμε έχοντας στον εγκέφαλό μας τα ίδια (ή και λιγότερα) νευρικά κύτταρα σε σχέση με όσα είχαμε την ημέρα της γέννησής μας. Σήμερα όμως γνωρίζουμε ότι τουλάχιστον σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου η γένεση νέων νευρικών κυττάρων συνεχίζεται καθ΄ όλη τη διάρκεια της ζωής, ακόμη και σε πολύ ηλικιωμένα άτομα. Περιττό να πούμε ότι το εύρημα αυτό έχει αλλάξει άρδην τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές αντιλαμβάνονται τον εγκέφαλο. Μακράν του να είναι στατικός, αποδεικνύεται εξαιρετικά πλαστικός και μεταβλητός, με τεράστιες δυνατότητες να αντεπεξέρχεται στις προκλήσεις του περιβάλλοντός του. Ποια είναι όμως αυτά τα κύτταρα στα οποία χρωστούμε την παρατηρούμενη πλαστικότητα του εγκεφάλου μας και πώς προκύπτουν; «Υπό φυσιολογικές συνθήκες,τα κύτταρα αυτά δημιουργούνται σε όλους μας, από εφεδρείες εμβρυϊκών κυττάρων - νευρικά βλαστοκύτταρα- τα οποία βρίσκονται σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου.Μια τέτοια περιοχή είναι ο ιππόκαμπος,η οποία σχετίζεται με το συναίσθημα και τη μνήμη/μάθηση» λέει η κυρία Δάλλα (λέκτορας Φαρμακολογίας, Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Αθηνών), και προσθέτει ότι «πολλά από τα νέα κύτταρα που γεννιούνται φυσιολογικά στον ενήλικο εγκέφαλο δεν επιβιώνουν αρκετές ημέρες,έτσι ώστε να διαφοροποιηθούν σε νευρικά κύτταρα και να ενσωματωθούν στον εγκέφαλό μας.Δηλαδή΄ένα μεγάλο ποσοστό νέων κυττάρων πεθαίνει εντός ολίγων ημερών χωρίς να προλάβει να αναπτύξει συνδέσεις με άλλα νευρικά κύτταρα στον εγκέφαλο και να είναι έτσι λειτουργικό. Δεν γνωρίζουμε ακριβώς τους λόγους για τους οποίους η φύση δημιουργεί νέα κύτταρα στον εγκέφαλο και κατόπιν σκοτώνει ένα μεγάλο ποσοστό από αυτά,αλλά υπάρχουν αρκετές θεωρίες.Η επικρατέστερη είναι ότι τα νέα κύτταρα πεθαίνουν όταν δεν είναι χρήσιμα για κάποια λειτουργία του εγκεφάλου ». Η διαπίστωση της πλαστικότητας του ανθρωπίνου εγκεφάλου οδήγησε στο επόμενο αναμενόμενο βήμα: οι νευροεπιστήμονες έψαξαν για παράγοντες και διαδικασίες που μπορούν να σώσουν τα νέα κύτταρα τα οποία δημιουργεί ο εγκέφαλος. «Η καθηγήτρια Τracey Shors από το Rutgers University του Νιου Τζέρσεϊ διεξήγαγε πριν από περίπου δέκα χρόνια μελέτη σε πειραματόζωα.Διαπίστωσε ότι σχεδόν όλα τα νέα κύτταρα που γεννιούνται στην περιοχή του ιππόκαμπου στον ενήλικο εγκέφαλο μπορούν να σωθούνόταν τα πειραματόζωα υπόκεινται σε μια δύσκολη διαδικασία μάθησης.Περαιτέρω μελέτες έδειξαν ότι προκειμένου να σώσουμε τα νέα νευρικά κύτταρά μας πρέπει να μαθαίνουμε επιτυχώς νέες δύσκολες διαδικασίες και να τις μαθαίνουμε αργά.Πρέπει δηλαδή ο εγκέφαλός μας να “προσπαθεί”,να επεξεργάζεται πληροφορίες και να έχει νέες εμπειρίες,έτσι ώστε να χρειαστεί και να χρησιμοποιήσει αυτά τα νέα νευρικά κύτταρα.Αφού αυτά τα κύτταρα σωθούν, επιβιώνουν για μήνες ή και χρόνια και ενσωματώνονται πλήρως στο υπάρχον δίκτυο νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλό μας.Είναι πολύ πιθανόντα κύτταρα αυτά να είναι σημαντικά για να ανακαλέσουμε στη μνήμη μας αυτά που μάθαμε ή για να μας βοηθάνε να μαθαίνουμε νέα δεδομένα στο μέλλον» λέει η κυρία Δάλλα.

Ελεύθερη μετάφραση

Μια από τις αποστολές του νευρικού συστήματος είναι να δέχεται, να καταγράφει και να ερμηνεύει ερεθίσματα. Τα αισθητήρια όργανα τα οποία λειτουργούν ως αποδέκτες των ερεθισμάτων είναι σκορπισμένα στην περιφέρεια. Τα ερεθίσματα με τη μορφή ηλεκτρικών ώσεων μεταφέρονται διά μέσου νευροαξόνων σε κεντρικές περιοχές του εγκεφάλου προκειμένου να ερμηνευθούν, ώστε ο εγκέφαλος να αντιληφθεί το περιβάλλον του. Ο εγκέφαλος διατηρεί σε τάξη αυτά τα ερεθίσματα κανονίζοντας τις νευρικές διασυνδέσεις έτσι ώστε γειτονικά σημεία στην περιφέρεια να αντιπροσωπεύονται σε γειτονικά σημεία στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Σε ορισμένα συστήματα μάλιστα υπάρχει οργανωμένη αντιπροσώπευση ερεθισμάτων με βάση κάποιο χαρακτηριστικό τους, όπως παραδείγματος χάριν η συχνότητα των διαφορετικών ήχων.

Πόσο κοντά όμως στην αντικειμενική πραγματικότητα βρίσκονται οι πληροφορίες που μας δίνουν τα αισθητήρια όργανά μας; Σε τι βαθμό είναι σε θέση ο εγκέφαλός μας να αντιλαμβάνεται την εξωτερική πραγματικότητα; Πρακτικώς μπορούμε να γνωρίζουμε αν εμείς και ο διπλανός μας έχουμε την ίδια αίσθηση για μια συγκεκριμένη εξωτερική πληροφορία; Η λέξη «ερμηνεύει» που επιστρατεύει η κυρία Σκαλιόρα (ερευνήτρια Γ, Τομέας Αναπτυξιακής Βιολογίας, Κέντρο Βασικής Ερευνας Ι, Ιδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών της Ακαδημίας Αθηνών) δεν είναι τυχαία: μακράν του να καταγράφει πιστά την εξωτερική πραγματικότητα ο εγκέφαλος ερμηνεύει συνεχώς τα δεδομένα που δέχεται. «Ο εγκέφαλός μας δεν δέχεται παθητικά πληροφορίες από τα ερεθίσματαούτε επεξεργάζεται την πληροφορία που δέχεται με την ουδετερότητα μιας μηχανής,ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή.Αντιθέτως,ενεργά και συνεχώς ερμηνεύει τον κόσμο γύρω του» λέει η ερευνήτρια του ΙΙΒΕΑΑ.

Δεν υπάρχει ίσως καλύτερος τρόπος να αντιληφθούμε πόσο «ερμηνευτικός» και υποκειμενικός είναι ο εγκέφαλός μας από τις οπτικές πλάνες. Δύο γραμμές που είναι αντικειμενικά ίσες «ερμηνεύονται» ως άνισες όταν στα άκρα της μιας υπάρχουν τόξα που δείχνουν προς αυτή ή προς το εξωτερικό περιβάλλον. Οι αισθητηριακές πλάνες αποδεικνύουν ότι «η λειτουργία του εγκεφάλου είναι ερμηνευτική και όχι καταγραφική.Στόχος του είναι η σύνθεση και το νόημα και όχι η ακρίβεια» λέει η κυρία Σκαλιόρα· και συνεχίζει: «Ξέρουμε σήμερα ότι οι εμπειρίες μας είναι κατασκευές του εγκεφάλου που εξαρτώνται μεν από τον εξωτερικό κόσμο,αλλά και από ένα μεγάλο απόθεμα εσωτερικής “γνώσης”, είτε εγγενούς που προκύπτει από την οργάνωση των νευρωνικών κυκλωμάτων είτε αποκτημένης από την αλληλεπίδρασή μας με το περιβάλλον ». Μη σας τρομάζει όμως η υποκειμενικότητα του εγκεφάλου μας. Σε αυτήν χρωστούμε τη μοναδικότητά μας...

ΓΛΩΣΣΑ ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΣΤΟΝ «ΣΚΛΗΡΟ» ΜΑΣ

Γλωσσολόγοι όπως ο Νόαμ Τσόμσκι έχουν επιχειρηματολογήσει ότι η δομή της γλώσσας είναι τόσο πολύπλοκη ώστε απλά δεν μπορεί να διδαχθεί και πρέπει να βασίζεται σε ένα ενιαίο γραμματικό πλάνο που καθορίστηκε κατά την εξέλιξη του είδους μας. Η υπόθεση ότι η γλώσσα είναι ενδογενής υποστηρίζεται από πλήθος ευρημάτων: παραδείγματος χάριν, έχει διαπιστωθεί η ύπαρξη γονιδίων τα οποία εκφράζονται στις συγκεκριμένες περιοχές του αριστερού ημισφαιρίου του εγκεφάλου όπου «εδράζεται» η ικανότητα ομιλίας. Τα Μαθηματικά είναι άλλο ένα παράδειγμα ενός ενδογενούς ταλέντου που διαμορφώθηκε κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του είδους μας. Γεννιόμαστε με την ικανότητα αντίληψης των αριθμών, λένε οι επιστήμονες. Η ικανότητα αυτή εξυπηρετούσε βασικές ανάγκες επιβίωσης και παρουσιάζεται σε πρωτόγονη μορφή όχι μόνο σε ανθρωποειδή αλλά και σε άλλα ζώα. Παραδείγματος χάριν, τα λιοντάρια μπορούν να υπολογίζουν αν μια αγέλη είναι μεγαλύτερη από τη δική τους «μετρώντας» τους βρυχηθμούς των αντιπάλων. Το αποτέλεσμα αυτής της μέτρησης κρίνει το αν θα αποφασίσουν να επιτεθούν ή να απομακρυνθούν. Επιπροσθέτως, παρατηρήσεις σε φυλές οι οποίες δεν έχουν λέξεις για τους αριθμούς κατέδειξαν ότι τα άτομα έχουν αίσθηση των αριθμών και των ποσοτήτων.

USE IT OR LOSE IT

Οι Αγγλοι λένε ότι δεν μπορείς να διδάξεις νέα κόλπα σε ένα γέρικο σκυλί (you can΄t teach an old dog new tricks), αλλά οι νευροεπιστήμονες διαφωνούν: μπορεί, λένε, όσο μεγαλώνουμε να μη μαθαίνουμε με την ταχύτητα που μαθαίναμε νεότεροι, αλλά θα κάναμε πολύ καλό στον εγκέφαλό μας αν τον δυσκολεύαμε λιγάκι. Ειδικότερα, η εκμάθηση μιας ξένης γλώσσας, η εξάσκηση σε νέους χορούς, η επίλυση σταυρολέξων ή sudoku, η ενασχόληση με οτιδήποτε μας ήταν άγνωστο ως χθες (όπως το Διαδίκτυο ή το μπριτζ) ενισχύουν την επιβίωση των κυττάρων του εγκεφάλου και έχουν αποτέλεσμα τη μείωση της ταχύτητας εξασθένησης των ικανοτήτων του. Αρνητική επίδραση στην «ανανέωση» του εγκεφάλου ασκούν: η προχωρημένη ηλικία, το μη ελεγχόμενο χρόνιο στρες, το προγεννητικό και το οξύ τραυματικό στρες, η έλλειψη ύπνου, κάποιες ασθένειες και ορισμένα φάρμακα και ουσίες, όπως το αλκοόλ. Αντίθετα, θετική επίδραση ασκεί η σωματική άσκηση και η διαβίωση σε εμπλουτισμένο περιβάλλον.

ΦΥΛΟΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΝΗΜΗ

Με τον όρο «φυλογενετική μνήμη» οι επιστήμονες περιγράφουν «αναμνήσεις» οι οποίες προκύπτουν όχι από ατομικές εμπειρίες αλλά από τις εμπειρίες του είδους στο οποίο ανήκει ένας οργανισμός και οι οποίες αποκτήθηκαν σε βάθος εκατομμυρίων ετών. Η φυλογενετική μνήμη εγκαθιδρύεται από τη δράση της φυσικής επιλογής στους μοριακούς και κυτταρικούς μηχανισμούς της ανάπτυξης του εγκεφάλου και η σημασία της είναι τεράστια. Πρωτοπόρος στη μελέτη της φυλογενετικής μνήμης υπήρξε ο τιμημένος με το βραβείο Νομπέλ ολλανδός ηθολόγος Νίκο Τίνμπεργκεν. Οι παρατηρήσεις του Τίνμπεργκεν αφορούσαν πουλιά (π.χ. πώς οι νεοσσοί ενός είδους «γνώριζαν» τους θηρευτές τους, ενώ δεν είχαν πρότερη εμπειρία), αλλά η ύπαρξή της έχει διαπιστωθεί σε πλήθος ειδών, των πρωτευόντων θηλαστικών συμπεριλαμβανομένων.

Διαβάστε ακόμη: