Ο εγκέφαλος της μύγας ξεκλειδώνει το ανθρώπινο μυαλό

Σύνταξη – επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης

Μπορούν να περπατήσουν, να αιωρούνται και τα αρσενικά μπορούν ακόμη και να τραγουδήσουν τραγούδια αγάπης για να προσελκύσουν τους συντρόφους τους – όλα αυτά με έναν εγκέφαλο που είναι πιο μικροσκοπικός από μια κεφαλή καρφίτσας. Τώρα, για πρώτη φορά, οι επιστήμονες που ερευνούν τον εγκέφαλο μιας μύγας εντόπισαν τη θέση, το σχήμα και τις συνδέσεις κάθε ενός από τους 130.000 νευρώνες του και τις 50 εκατομμύρια συνδέσεις.

ΔΙΑΦΗΜΙΣΤΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ

Είναι η πιο λεπτομερής ανάλυση του εγκεφάλου ενός ενήλικου ζώου που έχει παραχθεί ποτέ.

Ένας κορυφαίος ειδικός στον εγκέφαλο, ανεξάρτητος από τη νέα έρευνα, περιέγραψε την ανακάλυψη ως ένα «τεράστιο άλμα» στην κατανόηση του εγκεφάλου μας, ενώ ένας από τους επικεφαλής της έρευνας είπε ότι θα ρίξει νέο φως στον «μηχανισμό της σκέψης».

Ο Δρ Gregory Jefferis, από το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας του Ιατρικού Ερευνητικού Συμβουλίου (LMB) στο Κέιμπριτζ είπε στο BBC News ότι αυτή τη στιγμή δεν έχουμε ιδέα για πώς το δίκτυο των εγκεφαλικών κυττάρων μας επιτρέπει να αλληλεπιδρούμε μεταξύ μας και με τον κόσμο γύρω μας. «Ποιες είναι οι συνδέσεις; Πώς ρέουν τα σήματα μέσω του συστήματος που μπορεί να μας επιτρέψει να επεξεργαστούμε τις πληροφορίες για να αναγνωρίσουμε ένα πρόσωπο, να ακούσουμε τη φωνή του φίλου μας και να μετατρέψουμε αυτές τις λέξεις σε ηλεκτρικά σήματα; Η χαρτογράφηση του εγκεφάλου της μύγας είναι πραγματικά αξιοσημείωτη και θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πραγματικά τον τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου μας», λέει ο ίδιος.

ΔΙΑΦΗΜΙΣΤΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ

Έχουμε ένα εκατομμύριο φορές περισσότερα εγκεφαλικά κύτταρα, ή νευρώνες, από τη μύγα που μελετήθηκε. Πώς μπορεί λοιπόν το διάγραμμα καλωδίωσης ενός εγκεφάλου εντόμου να βοηθήσει τους επιστήμονες να μάθουν πώς σκεφτόμαστε;

Οι εικόνες που έχουν δημιουργήσει οι επιστήμονες, οι οποίες δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature, δείχνουν ένα κουβάρι καλωδιώσεων που είναι τόσο όμορφο όσο και περίπλοκο.

ΔΙΑΦΗΜΙΣΤΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ

Το σχήμα και η δομή του κατέχουν το κλειδί που θα εξηγήσει πώς ένα τόσο μικροσκοπικό όργανο μπορεί να εκτελέσει τόσες πολλές ισχυρές υπολογιστικές εργασίες. Η ανάπτυξη ενός υπολογιστή στο μέγεθος ενός σπόρου παπαρούνας, ικανού να εκπληρώσει όλα αυτά τα καθήκοντα, είναι πολύ πέρα ​​από τις δυνατότητες της σύγχρονης επιστήμης. Η Δρ Mala Murthy, μια από τους συνεπικεφαλής του έργου, από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, είπε ότι το νέο διάγραμμα καλωδίωσης, γνωστό επιστημονικά ως connectome, θα είναι «μετασχηματιστικό για τους νευροεπιστήμονες».

«Θα βοηθήσει τους ερευνητές να προσπαθήσουν να κατανοήσουν καλύτερα πώς λειτουργεί ένας υγιής εγκέφαλος. Στο μέλλον ελπίζουμε ότι θα είναι δυνατό να συγκρίνουμε τι συμβαίνει όταν τα πράγματα πάνε στραβά στον εγκέφαλό μας». Αυτή είναι μια άποψη που υποστηρίζεται και από τη Δρ Lucia Prieto Godino, επικεφαλής της ομάδας στην έρευνα εγκεφάλου στο Ινστιτούτο Francis Crick στο Λονδίνο, η οποία είναι ανεξάρτητη από την ερευνητική ομάδα.

«Οι ερευνητές έχουν ολοκληρώσει την χαρτογράφηση των συνδέσεων του εγκεφάλου ενός απλού σκουληκιού που έχει 300 καλώδια και ενός άλλου που έχει 3000, αλλά η πλήρης καταγραφή 130.000 καλωδιων είναι ένα καταπληκτικό τεχνικό επίτευγμα που ανοίγει τον δρόμο για την εύρεση των συνδέσεων για μεγαλύτερους εγκεφάλους, όπως π.χ. του ποντικιού και ίσως, σε αρκετές δεκαετίες του δικού μας».

Οι ερευνητές μπόρεσαν να αναγνωρίσουν ξεχωριστά κυκλώματα για πολλές μεμονωμένες λειτουργίες και να δείξουν πώς συνδέονται. Τα καλώδια που εμπλέκονται στην κίνηση, για παράδειγμα, βρίσκονται στη βάση του εγκεφάλου, ενώ αυτά για την επεξεργασία της όρασης είναι προς το πλάι. Υπάρχουν πολλοί περισσότεροι νευρώνες που εμπλέκονται στο τελευταίο, επειδή η όραση απαιτεί πολύ μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ.

Ενώ οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη για τα ξεχωριστά κυκλώματα, δεν ήξεραν πώς ήταν συνδεδεμένα μεταξύ τους.

Άλλοι ερευνητές χρησιμοποιούν ήδη τα διαγράμματα κυκλωμάτων – για παράδειγμα για να καταλάβουν γιατί οι μύγες είναι τόσο δύσκολο να χτυπηθούν. Τα οπτικά κυκλώματα ανιχνεύουν από ποια κατεύθυνση προέρχεται η τυλιγμένη εφημερίδα μας και μεταδίδουν το σήμα στα πόδια της μύγας.

Όμως το πιο σημαντικό είναι ότι στέλνουν στα πόδια τους ένα ισχυρότερο σήμα άλματος μακριά από το αντικείμενο του επικείμενου θανάτου τους. Έτσι, θα μπορούσαμε να πούμε ότι πηδούν μακριά χωρίς καν να χρειάζεται να σκεφτούν – κυριολεκτικά πιο γρήγορα από την ταχύτητα της σκέψης. Αυτό το εύρημα μπορεί να εξηγήσει γιατί εμείς (οι αργοκίνητοι) σπάνια καταφέρνουμε να τις χτυπήσουμε.

Το διάγραμμα καλωδίωσης έγινε τεμαχίζοντας έναν εγκέφαλο μύγας χρησιμοποιώντας αυτό που είναι ουσιαστικά ένας μικροσκοπικός κόφτης τυριού, φωτογραφίζοντας κάθε μία από τις 7.000 φέτες και τοποθετώντας τες ψηφιακά συνολικά. Στη συνέχεια, η ομάδα του Πρίνστον εφάρμοσε τεχνητή νοημοσύνη για να εξαγάγει τα σχήματα και τις συνδέσεις όλων των νευρώνων. Όμως η τεχνητή νοημοσύνη δεν ήταν τέλεια – οι ερευνητές έπρεπε να διορθώσουν πάνω από τρία εκατομμύρια λάθη με το χέρι.

Αυτό από μόνο του ήταν ένα τεράστιο τεχνικό επίτευγμα, αλλά η δουλειά έγινε μόνο κατά το ήμισυ. Ο χάρτης από μόνος του δεν είχε νόημα εκτός και αν υπήρχε μια περιγραφή του τι έπρεπε να κάνει κάθε καλώδιο, σύμφωνα με τον Δρ Philipp Schlegel, ο οποίος είναι μέλος του Εργαστηριου Μοριακής Βιολογίας του Συμβουλίου Ιατρικής Έρευνας. «Αυτά τα δεδομένα μοιάζουν λίγο με τους Χάρτες Google, αλλά για εγκεφάλους: το ακατέργαστο διάγραμμα καλωδίωσης μεταξύ νευρώνων είναι σαν να γνωρίζουμε ποιες δομές αντιστοιχούν σε δρόμους και κτίρια. Η περιγραφή των νευρώνων είναι σαν να προσθέτεις τα ονόματα για τους δρόμους και τις πόλεις, τις ώρες λειτουργίας των επιχειρήσεων, τους αριθμούς τηλεφώνου, τις κριτικές κ.λπ. στον χάρτη. Χρειάζεσαι και τα δύο για να είναι πραγματικά χρήσιμο», λέει ο ίδιος.

Το fly connectome είναι διαθέσιμο σε κάθε επιστήμονα που θέλει να το χρησιμοποιήσει για να καθοδηγήσει την έρευνά του. Ο Δρ Schlegel πιστεύει ότι ο κόσμος της νευροεπιστήμης θα δει «μια χιονοστιβάδα ανακαλύψεων τα επόμενα δύο χρόνια» χάρη σε αυτόν τον νέο χάρτη.
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι πολύ μεγαλύτερος από τον εγκέφαλο της μύγας και δεν έχουμε ακόμη την τεχνολογία για να συλλάβουμε όλες τις πληροφορίες σχετικά με την καλωδίωση του.
Όμως οι ερευνητές πιστεύουν ότι ίσως σε 30 χρόνια μπορεί να είναι δυνατό να έχουμε μια απεικόνιση των συνδέσεων του εγκεφάλου του ανθρώπου. Ο εγκέφαλος της μύγας, λένε, είναι η αρχή μιας νέας, βαθύτερης κατανόησης του πώς λειτουργεί το δικό μας μυαλό. Η έρευνα διεξήχθη από μια μεγάλη διεθνή συνεργασία επιστημόνων, που ονομάζεται FlyWire Consortium.

Πηγή: BBC News