Τον πληρέστερο χάρτη εγκεφαλικών συνάψεων δημιούργησαν επιστήμονες

Αμερικανοί επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν τον πληρέστερο μέχρι σήμερα τρισδιάστατο χάρτη των νευρωνικών συνάψεων στο εσωτερικό του εγκεφάλου ενός θηλαστικού, συγκεκριμένα ενός ποντικιού, σύμφωνα με στοιχεία που δημοσιεύθηκαν στο Nature.

Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προόδου στην προσπάθεια κατανόησης του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου του ανθρώπου και των νευροεκφυλιστικών ασθενειών του. Πάντως, οι ερευνητές παρά το επίτευγμά τους επισημαίνουν ότι για να δημιουργηθεί ανάλογος χάρτης του ανθρώπινου εγκεφάλου θα χρειαστούν ακόμη αρκετά χρόνια επιστημονικής έρευνας.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Χονγκούι Ζενγκ του Ινστιτούτου Άλλεν για την Επιστήμη του Εγκεφάλου στο Σιάτλ, χαρακτήρισαν «ορόσημο» το επίτευγμα δημιουργίας του Allen Mouse Brain Connectivity Atlas με όλες τις συνάψεις, που σχηματίζουν τα διάφορα λειτουργικά κυκλώματα του εγκεφάλου.

Σύμφωνα με τον Δρ Ντέηβιντ βαν Έσεν του Πανεπιστημίου Ουάσιγκτον στο Σεν Λιούις, «πρόκειται για την πιο λεπτομερή ανάλυση της εγκεφαλικής ‘συνδεσμολογίας’ που διαθέτουμε σήμερα για οποιονδήποτε εγκέφαλο θηλαστικού».

Ο χάρτης δείχνει με ποιό τρόπο τα εκατομμύρια νευρώνες συνδέονται και επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω των προεκτάσεών τους, των νευραξόνων, για να παράγουν τις μνήμες, τις συμπεριφορές και τα συναισθήματα. Τα ανατομικά και λειτουργικά προβλήματα αυτών των κυκλωμάτων προκαλούν τις εγκεφαλικές παθήσεις.

Πριν αυτόν τον χάρτη εγκεφάλου του ποντικιού, οι επιστήμονες είχαν στη διάθεσή τους μόνο την πλήρη -αλλά πολύ πιο απλή- νευρωνική συνδεσμολογία του σκουληκιού C.elegans, το οποίο έχει μόλις 302 νευρώνες. Συγκριτικά, ο εγκέφαλος του ποντικιού περιέχει 75 εκατομμύρια νευρώνες και ο ανθρώπινος εγκέφαλος διαθέτει γύρω στα 85 δισεκατομμύρια νευρώνες, καθένας από τους οποίους δημιουργεί έως 10.000 συνδέσεις με άλλους νευρώνες.

Η χαρτογράφηση του εγκεφάλου του ποντικιού επιτεύχθηκε με τη βοήθεια ιών, μέσω των οποίων εισήχθη μια φθορίζουσα πρωτεΐνη στον εγκέφαλο του πειραματόζωου, φωτίζοντας με πράσινο χρώμα τα νευρωνικά κυκλώματα. Στην συνέχεια τεμαχίστηκε σε 500.000 τμήματα – κύβους, που ο καθένας είχε πλευρά 100 μικρομέτρων.

Μεταξύ άλλων, διαπιστώθηκε ότι οι νευρωνικές συνδέσεις που περιορίζονται μόνο στο ένα ημισφαίριο του εγκεφάλου, είναι πάντα ισχυρότερες από εκείνες που απλώνονται και στα δύο ημισφαίρια.

Ο χάρτης έχει μεγάλα περιθώρια βελτίωσης από πλευράς ανάλυσης, καθώς «ιχνηλατεί» τις διασυνδέσεις μεταξύ μικροσκοπικών περιοχών εγκεφαλικού ιστού (που η κάθε μία περιέχει 100 έως 500 νευρώνες), αλλά δεν περιλαμβάνει τις ακριβείς συνάψεις όλων των επιμέρους νευρώνων μεταξύ τους.

Τελικός στόχος των επιστημόνων είναι η δημιουργία ενός αντίστοιχου εξονυχιστικού χάρτη και του ανθρώπινου εγκεφάλου. Θεωρείται πάντως δεδομένο ότι, πέρα από τις πολλές ομοιότητες, ένας τέτοιος χάρτης θα είναι μοναδικός για κάθε ξεχωριστό άνθρωπο, με τον ίδιο τρόπο που ο καθένας μας αποτελεί μια μοναδική προσωπικότητα.

Ο γονιδιακός άτλαντας του ανθρώπινου εμβρυικού εγκεφάλου
Εξάλλου, σε μια δεύτερη μελέτη, επιστήμονες επίσης από το Ινστιτούτο Άλλεν έδωσαν στη δημοσιότητα τις πρώτες λεπτομερείς τρισδιάστατες εικόνες των σταδιακών φάσεων ανάπτυξης του εγκεφάλου του εμβρύου μέσα στην μήτρα.

Η έρευνα, που εντάσσεται στο πρόγραμμα BrainSpan Atlas, αναμένεται να βοηθήσει στην κατανόηση των διαταραχών που πυροδοτούνται πριν από τη γέννηση, όπως η σχιζιφρένεια και ο αυτισμός.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Δρ Εντ Λάιν, ανέλυσαν τους εγκεφάλους τεσσάρων ανθρωπίνων εμβρύων, που βρίσκονταν μεταξύ 15ης και 21ης εβδομάδας κύησης, δημιουργώντας έτσι τον πρώτο άτλαντα των διαδοχικών γονιδιακών αλλαγών στον υπό ανάπτυξη εγκέφαλο, δηλαδή, ποιά γονίδια ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται διαδοχικά όσο αναπτύσσεται ο εγκέφαλος.

«Αυτό ήταν απλώς η αρχή. Θέλουμε να καταλάβουμε το σχέδιο με βάση το οποίο ‘χτίζουμε’ έναν εγκέφαλο και αυτό ήταν το πρώτο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, καθώς αρχίσαμε να δημιουργούμε έναν χάρτη του τρόπου που τα γονίδια καθοδηγούν την όλη διαδικασία», εξηγεί ο Δρ Λάιν. «Γνωρίζοντας πού και πότε ένα γονίδιο εκφράζεται στον εγκέφαλο, μπορεί να μας παρέχει σημαντικές ενδείξεις για τον ρόλο του», συμπληρώνει.

Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι στο μέλλον θα μπορέσουν να συγκρίνουν τον εγκέφαλο του ανθρώπου με άλλων θηλαστικών, όπως των πιθήκων και των ποντικιών, για να καταλάβουν πού έγκειται η ανθρώπινη ιδιαιτερότητα. Απώτερος στόχος είναι η ανακάλυψη της νευροβιολογικής βάσης του μεγαλύτερου από όλα τα μυστήρια: της ανθρώπινης συνείδησης.

Επιμέλεια: Μαίρη Μπιμπή

health.in.gr,ΑΠΕ-ΜΠΕ