Η ψιλοκουβέντα είναι από τα αγαπημένα… σπορ των περισσότερων ανθρώπων. Είναι όμως και από τα αγαπημένα σπορ των διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου μας οι οποίες «συνομιλούν» αδιάκοπα και ενορχηστρωμένα προκειμένου εμείς να είμαστε σε θέση, όχι μόνο να ψιλοκουβεντιάζουμε, αλλά και να βλέπουμε, να περπατάμε, να μυρίζουμε, να τρώμε, να διαβάζουμε, να σκεφτόμαστε, να αποφασίζουμε, να θυμόμαστε κ.λπ. – γενικώς να είμαστε άνθρωποι και να λειτουργούμε ως τέτοιοι.

Οπως μάλιστα αποκαλύπτει ο πρώτος άτλαντας της αποκαλούμενης «λειτουργικής αρχιτεκτονικής» του εγκεφάλου – κοινώς της οργάνωσης λειτουργίας του –, τα μοτίβα της επικοινωνίας μεταξύ των διαφορετικών περιοχών του αλλάζουν από την πρώτη ημέρα της ζωής ως και τα 100 έτη. Και αυτό είναι η πρώτη φορά που «χαρτογραφείται» χάρη στον νέο οδηγό με τα «αρχιτεκτονικά σχέδια» της εγκεφαλικής λειτουργίας από τα σπάργανα ως και τα βαθιά γεράματα, που παρουσιάστηκε προσφάτως στο επιστημονικό περιοδικό «Nature».

Αυτά τα «σχέδια» θα σας παρουσιάσουμε σήμερα με τη βοήθεια των δύο επικεφαλής της σχετικής μελέτης από το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Τσάπελ Χιλ (UNC – Chapel Hill).

Εντοπισμός μοτίβων

Προκειμένου να δημιουργήσει τον αναλυτικό άτλαντα των «συνομιλιών» του εγκεφάλου η ερευνητική ομάδα ανέλυσε συνολικά 3.972 απεικονίσεις του εγκεφάλου 3.556 ατόμων – από νεογέννητα ως αιωνόβιους –, οι οποίες ελήφθησαν από πέντε μεγάλες απεικονιστικές μελέτες. Το υλικό που ανέλυσαν οι ερευνητές ήταν «τέκνο» μιας προηγμένης απεικονιστικής τεχνικής που ονομάζεται λειτουργική μαγνητική τομογραφία σε κατάσταση αδράνειας (resting-state fMRI) και η οποία χρησιμοποιείται για τη μελέτη της επικοινωνίας μεταξύ των διαφορετικών εγκεφαλικών περιοχών ενώ ο εξεταζόμενος είναι ξύπνιος αλλά δεν εκτελεί κάποια συγκεκριμένη νοητική ή κινητική εργασία.

Η τεχνική αυτή μετρά μικρές αλλαγές στο οξυγόνο του αίματος στον εγκέφαλο οι οποίες αντικατοπτρίζουν την εγκεφαλική δραστηριότητα. Το γεγονός ότι οι εξεταζόμενοι απλώς αναπαύονται μέσα στον μαγνητικό τομογράφο επιτρέπει στους ερευνητές να παρατηρήσουν την εγγενή λειτουργική οργάνωση του εγκεφάλου τους.

Στη συνέχεια τα δεδομένα της επικοινωνίας των εγκεφαλικών περιοχών μετετράπησαν σε μοτίβα που αποκάλυψαν τις διαβαθμίσεις της λειτουργικής συνδεσιμότητας του εγκεφάλου – δηλαδή τη λειτουργική οργάνωσή του και όχι μόνο απλώς τη σταθερή φυσιολογική δομή του. Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Χόιτ Πάτρικ Τέιλορ, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Ακτινολογίας του UNC – Chapel Hill, περιέγραψε στο BHMA-Science ότι «όπως οι γιατροί χρησιμοποιούν τις καμπύλες ανάπτυξης για να καταγράφουν το ύψος και το βάρος με την πάροδο του χρόνου, έτσι και εμείς ακολουθήσαμε μια παρόμοια φιλοσοφία προκειμένου να καταγράψουμε πώς διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου επικοινωνούν μεταξύ τους σε κάθε στάδιο της ζωής. Απώτερος στόχος αυτής της ανάλυσης είναι το να κατανοήσουμε καλύτερα πώς ”ξεδιπλώνεται” η λειτουργία του εγκεφάλου από την ανάπτυξη ως τη γήρανση και πώς αυτή η εικόνα μπορεί να διαφέρει σε περιπτώσεις νόσων».

Αξονες λειτουργικότητας

Στον εγκέφαλο, ακόμη και δύο περιοχές που βρίσκονται μακριά η μία από την άλλη μπορεί να είναι ενεργές την ίδια στιγμή, γεγονός που μαρτυρεί ότι συνεργάζονται για να υποστηρίξουν την ίδια λειτουργία. Η ομάδα του Πανεπιστημίου της Βόρειας Καρολίνας προσπάθησε λοιπόν να «αποκρυπτογραφήσει» αυτήν ακριβώς τη λειτουργική διασύνδεση μεταξύ διαφορετικών περιοχών. Για να το καταφέρουν, οι επιστήμονες εξέτασαν τις εγκεφαλικές περιοχές με βάση τρεις βασικούς άξονες, όπως αυτοί προέκυψαν από τα μοτίβα συνδεσιμότητάς τους, εξήγησε στο ΒΗΜΑ-Science ο κύριος συγγραφέας της μελέτης, Πιου Τίαν Γιαπ, καθηγητής Ακτινολογίας, Βιοϊατρικής Μηχανικής και Επιστήμης Υπολογιστών στο UNC-Chapel Hill.

«Τα σημεία στο επάνω μέρος του κάθε άξονα αντιστοιχούσαν σε περιοχές που εμπλέκονται σε πολύπλοκες διεργασίες όπως η αφηρημένη σκέψη, ενώ τα σημεία χαμηλά στον άξονα αφορούσαν περιοχές που είναι αφιερωμένες σε βασικές αισθητηριακές διεργασίες, όπως η όραση ή η αφή – η επικοινωνία των περιοχών μεταξύ των διαφορετικών αξόνων έδειχνε και τα μοτίβα συνδεσιμότητάς τους. Με χρήση αυτού του συστήματος, οποιοσδήποτε κοιτά τον άτλαντα μπορεί γρήγορα να δει ποιες περιοχές του εγκεφάλου συνεργάζονται καθώς και πώς ο συντονισμός τους αλλάζει με την πάροδο του χρόνου».

Προηγούμενες μελέτες άλλων ομάδων είχαν φέρει στο φως αλλαγές στη λειτουργική αρχιτεκτονική του εγκεφάλου σε μεμονωμένα στάδια της ανθρώπινης ζωής, ωστόσο είναι η πρώτη φορά που δημιουργείται ένας άτλαντας ο οποίος περιλαμβάνει την εξέλιξη των τριών λειτουργικών αξόνων καθ’ όλο τον ανθρώπινο βίο, επεσήμανε ο καθηγητής Γιαπ. «Και αυτό είναι άκρως σημαντικό ώστε να κατανοήσουμε πλήρως τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου».

Διαφοροποιήσεις στον χρόνο

Αυτή η τόσο αναλυτική δουλειά έδειξε ότι ο κάθε άξονας ακολουθεί το δικό του αναπτυξιακό μονοπάτι από την… κούνια ως τα βαθιά γεράματα. Για παράδειγμα, η αντίθεση στη συνδεσιμότητα περιοχών σε κάθε άκρο του άξονα που ενώνει τις αισθητηριακές λειτουργίες με τις ανώτερες συνειρμικές λειτουργίες γίνεται πιο έντονη κατά την παιδική ηλικία και την εφηβεία και φθάνει στο ζενίθ της γύρω στα 19 χρόνια της ζωής.

«Αυτή η διαφοροποίηση δείχνει την ανάπτυξη του νεαρού εγκεφάλου προς έναν εγκέφαλο που έχει πιο ”ενήλικη” οργάνωση» διευκρίνισε ο δρ Τέιλορ και συμπλήρωσε ότι η ομάδα εξεπλάγη από το πόσο στενά συνδέεται η οργάνωση του εγκεφάλου του κάθε ατόμου με τις γνωστικές επιδόσεις του. «Είδαμε ότι νεαροί ενήλικοι των οποίων ο άξονας που ενώνει τις αισθητηριακές με τις συνειρμικές λειτουργίες ακολουθούσε τα μοτίβα τα οποία παρατηρούνται στον μέσο όρο του πληθυσμού είχαν καλύτερες γνωστικές επιδόσεις – η ταχύτητα της επεξεργασίας πληροφοριών και η μνήμη των ατόμων αυτών ήταν συνολικά καλύτερη από εκείνη νεαρών ενηλίκων των οποίων τα μοτίβα εγκεφαλικής λειτουργίας είχαν απόκλιση από τον μέσο όρο».

Παράλληλα, η ανάλυση αποκάλυψε ότι ένας ξεχωριστός άξονας που αφορά τις εγκεφαλικές περιοχές οι οποίες εμπλέκονται στον γνωστικό έλεγχο και στον σχηματισμό νοητικών αναπαραστάσεων των πληροφοριών συνδέεται με την πρώιμη ανάπτυξη κινητικών δεξιοτήτων. Το γεγονός αυτό, κατά τον δρα Τέιλορ, «μαρτυρεί ότι διαφορετικά λειτουργικά μοτίβα του εγκεφάλου λαμβάνουν τον πρωταγωνιστικό ρόλο σε διαφορετικά στάδια της ζωής».

Από τη μελέτη προέκυψε επίσης ότι η πιο μεγάλη αναδιάρθρωση της εγκεφαλικής λειτουργίας λαμβάνει χώρα κατά τα πρώτα τέσσερα χρόνια της ζωής. «Σε αυτή την περίοδο στον εγκέφαλο κυριαρχούν βασικά αισθητηριακά και κινητικά συστήματα. Καθώς το παιδί μεγαλώνει και ενηλικιώνεται, η ιεραρχία αλλάζει και οι περιοχές που είναι υπεύθυνες για τη σύνθετη σκέψη καθίστανται πιο διακριτές και εξειδικευμένες. Οταν το άτομο οδεύει προς τη δύση της ζωής του, οι έντονες διαφορές μεταξύ περιοχών του εγκεφάλου αρχίζουν να μειώνονται – αυτό σημαίνει ότι ο εγκέφαλος χάνει την εξειδίκευσή του καθώς γερνά. Παράλληλα στον ηλικιωμένο εγκέφαλο καθίστανται πολύ λιγότερο ισχυρά τα μοτίβα που αφορούν την αισθητηριακή επεξεργασία – χάνονται δηλαδή σταδιακά οι διεργασίες που συνδέονται με τις βασικές λειτουργίες του οργανισμού» υπογράμμισε ο καθηγητής Γιαπ. Κοινώς ξεκινάμε τη ζωή με τα απλά, προχωράμε στα σύνθετα και επανερχόμαστε στα απλά προς το τέλος (που δυστυχώς ακόμη και αυτά τα απλά γίνονται… σύνθετα!).

Η αποκρυπτογράφηση των «εγκεφαλικών συνομιλιών» είναι ένα ερευνητικό μονοπάτι δύσβατο, το οποίο όμως ελπίζεται ότι θα οδηγήσει μια ημέρα σε πρόληψη δύσκολων νόσων – και οι δύο ερευνητές μάς επιβεβαίωσαν ότι συνεχίζουν τη μελέτη τους προς αυτή την κατεύθυνση. Ωστε όλο και πιο πολλοί εγκέφαλοι να παραμένουν… πολυλογάδες (με το σωστό περιεχόμενο συνομιλίας).

Ο θαυμαστός κόσμος του μυαλού

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι άκρως πολύπλοκος και πραγματικά θαυμαστός. Ιδού κάποιες… εγκεφαλικές πληροφορίες που μπορεί να σας εκπλήξουν.

  • Το μέσο βάρος του είναι περίπου 1.400 γραμμάρια.
  • Ο εγκέφαλος του Αλμπερτ Αϊνστάιν ζύγιζε 1.230 γραμμάρια – ήταν 10% μικρότερος από τον μέσο εγκέφαλο, αλλά με μεγαλύτερη πυκνότητα νευρώνων από τον μέσο όρο.
  • Το μέγεθος του ανδρικού εγκεφάλου είναι κατά περίπου 10% μεγαλύτερο από εκείνο του γυναικείου – ωστόσο ο ιππόκαμπος, η περιοχή του εγκεφάλου που θεωρείται το κέντρο της μνήμης, είναι μεγαλύτερος στις γυναίκες.
  • Παρότι οι άνθρωποι διαθέτουν τον μεγαλύτερο εγκέφαλο σε αναλογία με το σωματικό βάρος τους στο ζωικό βασίλειο, δεν διαθέτουν και τον πιο μεγάλο εγκέφαλο από όλα τα είδη. Το ρεκόρ κρατούν οι φυσητήρες, των οποίων ο εγκέφαλος ζυγίζει σχεδόν 8 κιλά!
  • Ο ανθρώπινος εγκέφαλος «συρρικνώθηκε» τα τελευταία 10.000-20.000 χρόνια – έχασε όγκο που αντιστοιχεί σε ένα μπαλάκι του τένις.
  • Ο εγκέφαλος αποτελείται από λίπος σε ποσοστό 60% επί του ξηρού βάρους του, γεγονός που τον καθιστά το πιο λιπώδες όργανο στο σώμα.
  • Λειτουργεί με 12-25 watts ηλεκτρικής ενέργειας – αρκετά για να ανάψουν έναν λαμπτήρα LED.
  • Καταναλώνει το 20% της ενέργειας του οργανισμού, παρότι το βάρος του δεν ξεπερνά το 2% του συνολικού βάρους του σώματος.
  • Διαθέτει περί τα 100 δισ. νευρώνες και έως και 1 τετράκις εκατομμύριο συνάψεις (περιοχές όπου γίνεται η μετάδοση σημάτων μεταξύ των νευρώνων).
  • Τα νευρικά σήματα ταξιδεύουν με ταχύτητες ως και άνω των 550 χλμ./ώρα – είναι πολύ ταχύτερα από ένα αυτοκίνητο της Φόρμουλα 1.
  • Υπάρχουν περί τους 10.000 διαφορετικούς τύπους νευρώνων στον εγκέφαλο.
  • Είναι μύθος ότι χρησιμοποιούμε μόνο το 10% του εγκεφάλου μας. Χρησιμοποιούμε ολόκληρο τον εγκέφαλό μας, ακόμη και όταν κοιμόμαστε – ο εγκέφαλος δεν ξεκουράζεται πλήρως ποτέ.
  • Εκτιμάται ότι ο εγκέφαλος «γεννά» περί τις 50.000-70.000 σκέψεις καθημερινά.
  • Τα μωρά έχουν μεγάλο κεφάλι ώστε να χωρά τον ταχέως αναπτυσσόμενο εγκέφαλό τους. Ενα δίχρονο παιδί διαθέτει εγκέφαλο με το 80% του μεγέθους που θα έχει ως ενήλικος.
  • To εύρος προσοχής (ο χρόνος αδιάσπαστης προσοχής) μειώνεται – το 2000 το μέσο εύρος προσοχής ήταν 12 δευτερόλεπτα ενώ τώρα είναι 8 δευτερόλεπτα (κοινώς έχουμε πλέον μικρότερο εύρος προσοχής από τα 9 δευτερόλεπτα που έχει ένα χρυσόψαρο!).