Εγκεφαλικές» ιστορίες!

«Εγκεφαλικές» ιστορίες!
Ποιες οι πιθανότητες να διαβάζουμε μια μέρα τη σκέψη; Πώς μπορούμε να επιδιορθώσουμε έναν εγκέφαλο που έχει υποστεί βλάβη; Πού κατοικεί η κατάθλιψη; Απαντήσεις σε τόσο καίρια ερωτήματα που αφορούν το πολυτιμότερό μας όργανο δόθηκαν σε διεθνές συνέδριο το οποίο πραγματοποιήθηκε στην Αθήνα
ΤΗΣ ΙΩΑΝΝΑΣ ΣΟΥΦΛΕΡΗ ( απο το βήμα)

Μια συνάντηση κορυφαίων επιστημόνων-μελετητών του εγκεφάλου πραγματοποιήθηκε την εβδομάδα που πέρασε στο Μουσείο Γουλανδρή Φυσικής Ιστορίας. Οσοι έλαβαν μέρος στις εργασίες του συνεδρίου που είχε τίτλο «Τhe Βrain: Function, imaging and repair» («Εγκέφαλος: Λειτουργία, απεικόνιση και επιδιόρθωση») είχαν την ευκαιρία να ακούσουν από πρώτο χέρι τις τελευταίες εξελίξεις στο πεδίο της νευροβιολογίας. Για τους υπολοίπους, το «ΒΗΜΑScience» δίνει ένα μικρό απάνθισμα από τα πολλά και εντυπωσιακά που παρουσιάστηκαν σε αυτό.

Μικροί εγκέφαλοι, μεγάλα κατορθώματα!
Φανταστείτε το εξής: βρίσκεστε σε ένα υπόγειο κρησφύγετο στη μέση της ερήμου. Είναι καταμεσήμερο, ο ήλιος είναι ανελέητος και η θερμοκρασία αγγίζει τους 54 βαθμούς Κελσίου. Τι πιθανότητες έχετε να αφήσετε το κρησφύγετό σας και να βγείτε για ένα γρήγορο τροχάδην με στόχο να βρείτε τροφή και να τη φέρετε στο σημείο εκκίνησης στα επόμενα 30 λεπτά; Αν έχετε σώας τας φρένας σας, οι πιθανότητες να προβείτε σε έναν τέτοιον παραλογισμό θα ήταν μηδενικές. Αλλά υπάρχει κάποιος οργανισμός που κάνει ακριβώς αυτό: όταν όλοι οι άλλοι κάτοικοι της ερήμου προσπαθούν να προφυλαχθούν από τον ανελέητο ήλιο, τα μυρμήγκια της ερήμου βγαίνουν προς άγραν τροφής! Και βεβαίως το εύλογο ερώτημα είναι: Πώς τα καταφέρνουν; Αυτό ακριβώς ήταν το ερώτημα που πριν από 30 χρόνια έθεσε στον εαυτό του ένας νεαρός ζωολόγος, οRudiger Wehner,ο οποίος σήμερα μοιράζει τον χρόνο του μεταξύ του Ινστιτούτου για την Ερευνα του Εγκεφάλου στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης και του Πανεπιστημίου του Wurzburg στη Γερμανία.

Οπως εξήγησε κατά τη διάρκεια της ομιλίας του στο συνέδριο, ο R. Wehner αναζητούσε να μελετήσει έναν οργανισμό του οποίου ο εγκέφαλος θα διέθετε εξαιρετικές ικανότητες. Ετσι αποφάσισε να μελετήσει τα μυρμήγκια της ερήμου που, ενώ ζουν ομαδικά, αναζητούν τροφή κατά μόνας και προσανατολίζονται σε ένα περιβάλλον χωρίς σημάδια αναφοράς. Αυτά ανήκουν στο γένος Cataglyphis, δεν ζυγίζουν περισσότερο από 10 mg, ενώ το βάρος του εγκεφάλου τους δεν ξεπερνά τα 0,1 mg. Ο μικρός αυτός εγκέφαλος όμως είναι ικανός για κάτι που εμείς οι άνθρωποι θα μπορούσαμε να κάνουμε μόνο αν διαθέταμε GΡS: αφήνουν τη φωλιά τους και κινούμενα με μεγάλη ταχύτητα αναζητούν τροφή, συνήθως νεκρές μύγες. Κατά την αναζήτηση της τροφής η διαδρομή που ακολουθούν είναι τυχαία και με ζιγκζαγκ. Οταν όμως η τροφή βρεθεί, επιστρέφουν ακαριαία και κατευθείαν στη φωλιά! Πώς μπορούν τα μυρμήγκια της ερήμου να γνωρίζουν τον συντομότερο δρόμο για τη φωλιά τους όταν έχουν περιπλανηθεί τόσο που ο καθένας από εμάς θα χανόταν;

Επειτα από 30 χρόνια πειραματισμού, ο οποίος περιελάμβανε παρατηρήσεις στο πεδίο (Τυνησία), μελέτες των μυρμηγκιών στο εργαστήριο, αλλά και χρήση εξελιγμένων ρομποτικών συστημάτων τα οποία μιμούνται τις ιδιότητες των θαυμαστών αυτών εντόμων, ο Wehner και οι συνεργάτες του αποκάλυψαν πώς ο μικρός σε μέγεθος εγκέφαλος μπορεί να φέρει σε πέρας μεγάλα κατορθώματα. Μεταξύ άλλων ο εγκέφαλος των Cataglyphis διαθέτει ένα είδος πυξίδας, ένα οδόμετρο και ένα σύστημα στο οποίο ενσωματώνονται οι πληροφορίες της πυξίδας και του οδομέτρου. Ετσι ανά πάσα στιγμή το μυρμήγκι της ερήμου γνωρίζει τη θέση του σε σχέση με τη φωλιά του.

Το GΡS της ερήμου
Ας δούμε λοιπόν τον εξοπλισμό του Cataglyphis αναλυτικά. Οταν εμείς κοιτάζουμε τον ουρανό βλέπουμε αυτό το ωραίο γαλανό χρώμα. Αν μπορούσαν να μιλήσουν τα μυρμήγκια της ερήμου, θα μας έλεγαν ότι κάνουμε λάθος, ότι ο ουρανός δεν είναι γαλανός αλλά έχει βιολετί χρώμα. Επιπλέον θα μας έλεγαν ότι το φως είναι πολωμένο. Πώς συμβαίνει αυτό; Οπως όλα τα μάτια των εντόμων, έτσι και τα μάτια των Cataglyphis αποτελούνται από ομματίδια τα οποία στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι περίπου 1.000. Το 5% από αυτά τα ομματίδια σχετίζονται με την ικανότητα των μυρμηγκιών της ερήμου να προσανατολίζονται. Οπως ανακάλυψαν ο Wehner και οι συνεργάτες του, τα ομματίδια αυτά φέρουν δύο είδη φωτοϋποδοχέων: το ένα είδος τούς επιτρέπει να βλέπουν στο φάσμα του πράσινου και το άλλο στο φάσμα του υπεριώδους. Η ύπαρξη αυτών των υποδοχέων εξηγεί γιατί τα μυρμήγκια της ερήμου βλέπουν τον ουρανό βιολετί αλλά τους επιτρέπει επίσης να βλέπουν την πόλωση του φωτός. Ετσι αυτό που για μας είναι ένα γαλανό χρώμα που απλώνεται παντού για τα μυρμήγκια είναι ένα βιολετί χρώμα πολωμένου φωτός παλλόμενο σε ένα μόνο επίπεδο. Με άλλα λόγια, σε ένα επίγειο περιβάλλον όπου δεν υπάρχουν και πολλά σημάδια τα μυρμήγκια εκμεταλλεύονται τα αόρατα σε μας σημάδια του ουρανού για να γνωρίζουν τη σχετική θέση τους σε σχέση με τη φωλιά τους.

Εκτός όμως από τη σχετική θέση τους σε σχέση με τη φωλιά τους, τα μυρμήγκια θα πρέπει να γνωρίζουν και την απόστασή τους από αυτήν. Αυτό το πετυχαίνουν χάρη σε ένα οδόμετρο, έναν μηχανισμό μέτρησης της απόστασης. Πού βασίζεται όμως αυτός ο μηχανισμός; Προκειμένου να το διερευνήσουν οι ελβετοί επιστήμονες άφησαν τα μυρμήγκια να περιπλανηθούν και στη συνέχεια επιμήκυναν τα πόδια τους (φορώντας τους ένα είδος ψηλοτάκουνων παπουτσιών τα οποία σχεδόν διπλασίαζαν το ύψος του ποδιού τους). Διαπίστωσαν ότι τα έντομα δεν μπορούσαν να εντοπίσουν τη φωλιά τους. Ο παραπάνω πειραματισμός οδήγησε στην υπόθεση ότι ο υπολογισμός της απόστασης από τη φωλιά βασίζεται στη μέτρηση βημάτων (η επιμήκυνση των ποδιών αυξάνει το μήκος της απόστασης που καλύπτεται σε κάθε βήμα και έτσι το συνολικό μήκος του υπολογισθέντος αριθμού βημάτων οδήγησε τα έντομα σε μεγαλύτερη απόσταση από τη σωστή). Η παραπάνω υπόθεση επιβεβαιώθηκε από έναν δεύτερο πειραματισμό: όταν τα «ψηλοτάκουνα παπούτσια» είχαν φορεθεί από την αρχή της διαδρομής, μόλις δηλαδή τα μυρμήγκια άφηναν τη φωλιά τους, τότε τα μυρμήγκια επέστρεφαν κανονικά σε αυτήν.

Βεβαίως το εύλογο ερώτημα που γεννάται είναι το εξής: Αν τα μυρμήγκια αναζητώντας τροφή έχουν διαγράψει μια τεθλασμένη γραμμή μετρώντας βήματα, πώς γνωρίζουν πόσα βήματα απαιτούνται για να επιστρέψουν κατευθείαν στη φωλιά; Ε, λοιπόν, εδώ είναι το θαύμα της εξελικτικής προσαρμογής τους. Η διαδρομή που ακολουθούν για την αναζήτηση της τροφής σβήνεται αυτομάτως από τη μνήμη τους. Για κάθε βήμα που κάνουν όμως ο εγκέφαλός τους υπολογίζει ακριβώς τη γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της φωλιάς τους, του εαυτού τους και του σημαδιού που έχουν βάλει στον ουρανό. Με άλλα λόγια, αξιοποιώντας την πληροφορία της εσωτερικής πυξίδας (που βασίζεται στο πολωμένο φως) και την πληροφορία του οδομέτρου, το τρίτο σύστημα του εγκεφάλου τους επιτρέπει στα μυρμήγκια της ερήμου να γνωρίζουν ανά πάσα στιγμή την κατεύθυνση προς και την απόστασή τους από τη φωλιά τους!

Βλαστικά κύτταρα

Η ελπίδα της αναγεννητικής ιατρικής, η οποία άνθησε κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, δεν θα μπορούσε να αφήσει αδιάφορη την κοινότητα των νευροεπιστημόνων. Δεν είναι λοιπόν απορίας άξιον το γεγονός ότι ένα μέρος των ομιλιών ήταν αφιερωμένο σε αυτήν. Με βάση το σενάριο της αναγεννητικής ιατρικής, θα υπάρξει κάποια στιγμή που ανίατες ασθένειες θα θεραπεύονται με τη βοή θεια βλαστικών κυττάρων, κυττάρων τα οποία έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπονται σε κάθε κύτταρο του οργανισμού και με τον τρόπο αυτόν να επιδιορθώνουν όργανα και ιστούς που έχουν υποστεί βλάβες. Μεταξύ των ασθενειών που αναμένεται ότι θα αντιμετωπισθούν επιτυχώς με τη βοήθεια της αναγεννητικής ιατρικής συγκαταλέγονται οι νόσοι του Πάρκινσον και του Αλτσχάιμερ, η πολλαπλή σκλήρυνση, αλλά και οι επιπτώσεις των εγκεφαλικών.

Σύμφωνα με τον καθηγητή του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου Chandran Siddharthan,τα βλαστικά κύτταρα αποτελούν ίσως τη μόνη ρεαλιστική ελπίδα για μελλοντικές θεραπείες τέτοιων ασθενειών. Οπως χαρακτηριστικά τόνισε ο βρετανός επιστήμονας, «δεν μπορεί κανείς να προβεί σε μεταμόσχευση εγκεφάλου όπως μπορεί να κάνει με το ήπαρ. Πρέπει λοιπόν να αναζητηθούν θεραπείες που αξιοποιούν τις δυνατότητες των βλαστικών κυττάρων».

Προς το παρόν πάντως τα βλαστικά κύτταρα αποτελούν τη μόνη ρεαλιστική πειραματική και όχι ακόμη κλινική μέθοδο αντιμετώπισης ασθενειών. Ετσι στο εργαστήριο του Siddharthan διερευνάται η αξιοποίησή τους στην αντιμετώπιση ασθενειών όπως η πολλαπλή σκλήρυνση. Είναι γνωστό ότι τα βλαστικά κύτταρα μπορούν με σχετική ευκολία να δημιουργήσουν κύτταρα γλοίας, ο ρόλος των οποίων συνίσταται μεταξύ άλλων στη μόνωση των αξόνων των νευρικών κυττάρων. Σύμφωνα με τα ευρήματα του βρετανού επιστήμονα και των συνεργατών του, τα κύτταρα γλοίας «προωθούν αυτομάτως την επιδιόρθωση του στρώματος μυελίνης, το οποίο καταστρέφεται στη σκλήρυνση,και προλαμβάνουν την απώλεια των νευραξόνων, που αποτελεί την αιτία της παθογένειας».

Πλαστικότητα και επιδιόρθωση

Οχι, οι επιστήμονες δεν θα μπορέσουν ποτέ να διαβάσουν τις απόκρυφες σκέψεις μας. Αυτό είναι και θα παραμείνει εκτός των ορίων των απεικονιστικών τεχνικών του εγκεφάλου!
Βασική προϋπόθεση για να γίνει κλινική πραγματικότητα το σενάριο της αναγεννητικής ιατρικής είναι να γνωρίζουν οι επιστήμονες επακριβώς την παθολογία των ασθενειών στις οποίες σκοπεύουν να αξιοποιήσουν τα βλαστικά κύτταρα. Στο πλαίσιο αυτό ο καθηγητήςJean-Claude Βaronτου Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ μελέτησε διεξοδικά τι συμβαίνει στην περίπτωση ενός εγκεφαλικού επεισοδίου. Διαπίστωσε ότι οι ασθενείς έχουν πολύ μεγαλύτερες προοπτικές να ανακτήσουν το μέγιστο των αρχικών δυνατοτήτων τους έπειτα από ένα εγκεφαλικό όταν διασωθεί όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του ιστού που γειτνιάζει με τον τραυματισμένο ιστό. Και τούτο γιατί ο διασωθείς ιστός αναλαμβάνει να αντικαταστήσει τις λειτουργίες του τραυματισμένου. Με άλλα λόγια, ο εγκέφαλος διαθέτει αυτό που οι ερευνητές ονομάζουν πλαστικότητα, μπορεί δηλαδή να προσαρμοστεί στα νέα δεδομένα αξιοποιώντας κυτταρικές εφεδρείες.

Μια άλλη διαπίστωση που προήλθε από το εργαστήριο του γαλλικής καταγωγής επιστήμονα και η οποία έχει βρει ήδη κλινική εφαρμογή στην αποκατάσταση των ασθενών έπειτα από εγκεφαλικό αφορά το είδος της πλαστικότητας που είναι επιθυμητό. Οπως τόνισε ο καθηγητής Βaron,«αυτό που επιθυμούμε είναι η πλαστικότητα που σχετίζεται με τη χρήση».Τι θα πει αυτό σε πρακτικό επίπεδο; Ας υποτεθεί ότι ένας ασθενής έπειτα από εγκεφαλικό έχει απολέσει την κινητικότητα του δεξιού χεριού του. Θα μπορούσε να λύσει το πρόβλημα εκπαιδεύοντας περισσότερο το αριστερό του χέρι, αυτού του είδους όμως η πλαστικότητα δεν είναι επιθυμητή. Αντίθετα, θα μπορούσε με σημαντική και κοπιώδη προσπάθεια να κινητοποιήσει τις εγκεφαλικές εφεδρείες που θα του επέτρεπαν να κινήσει ξανά το δεξί του χέρι και αυτό είναι το επιθυμητό. Τον τρόπο να κινητοποιηθούν γρηγορότερα οι σωστές κυτταρικές εφεδρείες αναζητούν ο καθηγητής Βaron και πολλοί ακόμη ερευνητές ανά τον κόσμο.

Λειτουργική απεικόνιση
Σήμερα οι επιστήμονες έχουν στη διάθεσή τους εργαλεία που τους επιτρέπουν να δουν τον εγκέφαλο όπως ποτέ δεν ήταν δυνατόν στο παρελθόν. Οι τεχνικές απεικόνισης του εγκεφάλου χρησιμοποιούνται ευρέως στην κλινική πράξη (μαγνητική τομογραφία, τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων κτλ.) αλλά η προσφορά τους σαφώς δεν έχει εξαντληθεί. Μια μικρή ιδέα του τι μπορεί να προκύψει από την περαιτέρω αξιοποίησή τους έδωσε ο καθηγητής του College de France Stanislas Dehaene,ο οποίος μελετά τη συνείδηση. Οπως είπε στη διάλεξή του ο γάλλος καθηγητής, προσπαθεί να απεικονίσει«το αποτύπωμα στον εγκεφαλικό φλοιό αντικειμενικών νευρωνικών συντεταγμένων για υποκειμενικές διεργασίες».Και μη νομίζετε ότι αυτό γίνεται μόνο για την ικανοποίηση της προσωπικής του περιέργειας: αν ο πειραματισμός του αποδώσει τα αναμενόμενα οφέλη, οι γιατροί θα είναι σε θέση να γνωρίζουν αν ένας ασθενής που βρίσκεται σε κώμα έχει ελπίδες να εξέλθει από αυτό ή όχι. Τις πρακτικές συνέπειες αυτού μπορούμε όλοι να αντιληφθούμε...

Πού «κατοικεί» η κατάθλιψη
Μια αγνοημένη περιοχή του εγκεφάλου η οποία πιθανότατα σχετίζεται με την κατάθλιψη εντόπισε αξιοποιώντας απεικονιστικές τεχνικές ο αμερικανός καθηγητής του Βrookland Νational LaboratoryFritz Ηenn. Η περιοχή ονομάζεται «habenula» και προς το παρόν η μόνη απόδειξη της σχέση της με την κατάθλιψη προέρχεται από ένα «πείραμα» με ασθενή χρόνια καταθλιπτική η οποία είχε επανειλημμένως προσπαθήσει να αυτοκτονήσει και τα τελευταία δυόμισι χρόνια ζούσε σε κλινική. Η διέγερση της συγκεκριμένης περιοχής με ηλεκτρόδια αποκατέστησε την υγεία της ασθενούς και της επέτρεψε να ζει μια φυσιολογική ζωή.

«Διαβάζεται» ο εγκέφαλος;
Στον αντίποδα των παραπάνω, οι τεχνικές απεικόνισης δημιουργούν φόβους ότι κάποτε οι επιστήμονες θα μπορέσουν να διαβάζουν τη σκέψη μας. Τι πιθανότητες όμως υπάρχουν να συμβεί ένα σενάριο σαν αυτό: ένας επιστήμονας εξοπλισμένος με τα κατάλληλα εργαλεία να ξέρει ότι ο ανυποψίαστος θνητός που περνά μπροστά του σκέφτεται εκείνη τη στιγμή τη δουλειά του αλλά καθώς μυρίζει το ανθισμένο γιασεμί που υπάρχει στον γειτονικό κήπο θυμάται τη μητέρα του; Ο ελληνικής καταγωγής καθηγητής του Πανεπιστημίου του Τέξας στο ΧιούστονΑνδρέας Παπανικολάου, ο οποίος παρουσίασε τις δυνατότητες και τα όρια των απεικονιστικών τεχνικών του εγκεφάλου, υπήρξε κατηγορηματικός: «Μια τέτοια πιθανότητα είναι και θα παραμείνει εκτός των ορίων των απεικονιστικών τεχνικών!».Γιατί; Επειδή είναι αδύνατον να βρεθεί τρόπος ανάγνωσης εγκεφάλων. Θα απαιτούσε πολύ κόπο και χρήμα και τα αποτελέσματα θα ήταν αποκαρδιωτικά. «Πώς να απεικονίσει κανείς το σήμα του “κόκκινου τριαντάφυλλου”;Πώς της τετραγωνικής ρίζας του 3 ή του 4; Πώς της λέξης “Δικαιοσύνη”;»είπε χαρακτηριστικά ο έλληνας επιστήμονας και προσέθεσε ότι, ακόμη και αν όλα αυτά γίνονταν, πάλι η ανάγνωση εγκεφάλων θα ήταν αδύνατη επειδή ο καθένας από εμάς είναι μοναδικός και δεν θα είναι ποτέ δυνατόν να διαβάσει κανείς στον εγκέφαλό μας την ανάμνηση της ευχαρίστησης που μας προκάλεσε ένα γεγονός ή μια μυρωδιά.

soufleri@dolnet.gr