Friday, 26 June 2009

Κύτταρα γιαγιάς

Εγκέφαλος
Όταν βλέπετε ένα διάσημο πρόσωπο στο εξώφυλλο κάποιου περιοδικού, ο εγκέφαλός σας αναγνωρίζει την εικόνα του την ίδια στιγμή ―φαινόμενο στο οποίο φαίνεται να μετέχει ένας και μόνο νευρώνας. Από μια πρόσφατη μελέτη φαίνεται ότι ο εγκέφαλός μας χρησιμοποιεί πολύ λιγότερα κύτταρα για να ερμηνεύσει μια δεδομένη εικόνα απ’ ό,τι πίστευαν έως τώρα οι επιστήμονες. Τα ευρήματα της έρευνας μπορεί να βοηθήσουν τους νευροεπιστήμονες να προσδιορίσουν τον τρόπο με τον οποίο διαμορφώνονται και αποθηκεύονται οι μνήμες.
Το πώς ακριβώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος για να καταγράφει και να θυμάται μια εικόνα αποτελεί αντικείμενο έντονης διαμάχης και πολλών εικασιών. Τις προηγούμενες δεκαετίες αναδύθηκαν δύο ακραίες απόψεις. Σύμφωνα με τη μία, για τον τελικό σχηματισμό μιας συνεκτικής εικόνας λειτουργούν από κοινού εκατομμύρια νευρώνες, συνθέτοντας ποικίλα σύνολα πληροφοριών.
Κατά την άλλη, ο εγκέφαλος διαθέτει έναν μεμονωμένο νευρώνα για την αναγνώριση κάθε συγκεκριμένου αντικειμένου ή ανθρώπου. Τη δεκαετία τού 1960, ο νευροβιολόγος Jerome Lettvin ονόμασε τη δεύτερη άποψη θεωρία «κυττάρου γιαγιάς», εννοώντας ότι ο εγκέφαλος αφιερώνει ένα διαφορετικό νευρικό κύτταρο αποκλειστικά στην αναγνώριση συγκεκριμένου μέλους της οικογένειας. Μάλιστα, αν χάσετε έναν τέτοιο νευρώνα δεν θα είστε πλέον σε θέση να αναγνωρίζετε τη γιαγιά σας.

Οι ειδικοί έχουν εδώ και πολύ καιρό εγκαταλείψει την τελευταία αυτή θεώρηση ως υπερβολικά απλουστευτική. Ωστόσο, ο Rodrigo Quian Quiroga, του Πανεπιστημίου τού Λέστερ στην Αγγλία, και οι συνεργάτες του αποφάσισαν να διερευνήσουν πόσο επιλεκτικοί είναι τελικά οι μεμονωμένοι νευρώνες. Η ομάδα εξέτασε οκτώ ασθενείς, στον εγκέφαλο των οποίων είχαν εμφυτευτεί 64 μικροσκοπικά ηλεκτρόδια πριν υποβληθούν σε εγχείρηση για επιληψία (τυπική διαδικασία για τον εντοπισμό της εστίας των επιληπτικών κρίσεων). Πολλά από τα ηλεκτρόδια είχαν τοποθετηθεί στον ιππόκαμπο, περιοχή σημαντική για την αποθήκευση πληροφοριών στη βαθμίδα της μακρόχρονης μνήμης.

Σε κάθε συμμετέχοντα επιδεικνυόταν μεγάλος αριθμός από εικόνες διάσημων ανθρώπων, ζώων και γνωστών κτηρίων, ενώ ταυτόχρονα τα ηλεκτρόδια κατέγραφαν τις πυροδοτήσεις των εγκεφαλικών κυττάρων. Στο προκαταρκτικό αυτό στάδιο επιλογής προσδιορίστηκαν εκείνες οι εικόνες που προκαλούν έντονη απόκριση σε έναν τουλάχιστον νευρώνα. Κατόπιν, η ερευνητική ομάδα κατέγραψε τις αποκρίσεις των νευρώνων σε 3 έως και 8 παραλλαγές των εικόνων που αναδείχτηκαν πιο αποτελεσματικές κατά την προκαταρκτική φάση.

Σε κάποιον ασθενή, ένας μεμονωμένος νευρώνας αποκρινόταν σε 7 διαφορετικές φωτογραφίες της ηθοποιού Jennifer Aniston, ενώ ο ίδιος νευρώνας ουσιαστικά αγνοούσε τις 80 άλλες απεικονίσεις ζώων, κτηρίων και διάσημων ή άσημων ανθρώπων που επίσης του παρουσιάζονταν. «Την πρώτη φορά που είδαμε να πυροδοτείται ένας νευρώνας στη θέα 7 διαφορετικών εικόνων τής Jennifer Aniston, και σε τίποτε άλλο, πραγματικά μείναμε άναυδοι» θυμάται ο Quian Quiroga.

Παρόμοια αποτελέσματα ελήφθησαν και από έναν άλλο ασθενή, που είχε έναν νευρώνα ειδικό για την ηθοποιό Halle Berry: ο νευρώνας αποκρινόταν όχι μόνο σε φωτογραφίες της αλλά και σε ένα σκίτσο της, καθώς και σε μια απεικόνιση του ονόματός της. Μάλιστα, αν ο ασθενής γνώριζε ότι επρόκειτο για την Berry, ο ίδιος νευρώνας πυροδοτούνταν ακόμη και όταν του παρουσίαζαν την εικόνα τής Berry με την αμφίεση και τη μάσκα τής «Catwoman». «Αυτός ο νευρώνας αποκρίνεται περισσότερο στην αφηρημένη έννοια της Halle Berry παρά σε οποιοδήποτε επιμέρους οπτικό χαρακτηριστικό. Περίπου σαν να λέει: “Δεν θα συγκρατήσω όλες τις λεπτομέρειες της συζήτησης, αλλά θα θυμάμαι το θέμα της”. Από αυτό υποδηλώνεται ότι αποθηκεύουμε μνήμες με τη μορφή αφηρημένων εννοιών», προσθέτει ο Quian Quiroga. Βέβαια, εκτός από τα διάσημα πρόσωπα, και μερικά πασίγνωστα κτήρια όπως η Όπερα του Σίντνεϊ και ο Πύργος της Πίζας προκαλούν επίσης την πυροδότηση μεμονωμένων νευρικών κυττάρων.

«Πολλοί επιστήμονες δεν θα μπορούσαν να έχουν προβλέψει μια τόσο φανερή συσχέτιση των σημάτων από μεμονωμένους νευρώνες με τη θέα συγκεκριμένων προσώπων», λέει ο Charles Connor, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins. « Ίσως τώρα γίνει δυνατή η διερεύνηση της ακριβούς φύσης των πληροφοριών που αναπαριστώνται από τα κύτταρα αυτά ―πράγμα που συνιστά σαφή αφετηρία για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο κωδικοποιούνται οι αναμνήσεις».

Παρότι οι νευρώνες «Jennifer» και «Halle» συμπεριφέρονται περίπου όπως ένα «κύτταρο γιαγιάς», δεν συνεπάγεται από τα παραπάνω ευρήματα ότι ένα δεδομένο εγκεφαλικό κύτταρο θα αντιδρά σε ένα μόνο πρόσωπο ή αντικείμενο, σημειώνει ο Christof Koch, ένας από τους ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας που συμμετείχε στη μελέτη. Τα κύτταρα αυτά πιθανότατα αποκρίνονται σε ένα μεγάλο εύρος ερεθισμάτων (μερικοί νευρώνες αντιδρούσαν σε περισσότερα του ενός πρόσωπα ή πράγματα). «Δεν λέμε ότι οι εν λόγω νευρώνες είναι “κύτταρα γιαγιάς”, αλλά ότι, για οικεία πράγματα, όπως η οικογένειά μας ή τα διάσημα πρόσωπα, για ό,τι δηλαδή βλέπουμε συχνά, οι νευρώνες πυροδοτούνται με έναν πολύ ειδικό τρόπο ―πολύ πιο ειδικό από ό,τι πιστευόταν παλιότερα», εξηγεί ο Koch.

Τα ευρήματα θα μπορούσαν να ασκήσουν επίδραση στην έρευνα για ασθένειες όπως η άνοια, αλλά ο Quian Quiroga βλέπει μια πιο πρακτική εφαρμογή: τις εμφυτεύσιμες συσκευές επικοινωνίας, τις επονομαζόμενες και «αναγνώστες εγκεφάλου». Με τις σκέψεις τους να διερμηνεύονται μέσω υπολογιστή, προβλέπει, «ίσως κατορθώσουμε να βοηθήσουμε ασθενείς να επικοινωνούν με τον έξω κόσμο.»

Scientific American

No comments: