Το μυστήριο του εγκεφάλου

Από τον Απόστολο Ζιώγα, βιολόγο

Έχετε ποτέ αναρωτηθεί: πόσο κοντά είμαστε στην κατανόηση του εγκεφάλου μας; Κι όμως, η αλήθεια είναι ότι δεν καταλαβαίνουμε καν τον εγκέφαλο ενός σκουληκιού!

Το εργαστηριακό στρογγυλό σκουλήκι, γνωστό ως Caenorhabditis elegans, φιλοξενεί 302 νευρώνες και 7.000 συνδέσεις μεταξύ αυτών των νευρώνων στο μικροσκοπικό σώμα του. Οι ερευνητές έχουν χαρτογραφήσει και περιγράψει με κόπο όλες αυτές τις συνδέσεις τα τελευταία χρόνια. Ωστόσο ακόμα δεν καταλαβαίνουμε πλήρως πώς λειτουργούν όλα πάνω του συνεργατικά ούτως ώστε να προκαλούν τις συμπεριφορές του σκουληκιού.
Εμείς οι άνθρωποι έχουμε περίπου 86 δισεκατομμύρια νευρώνες στον εγκέφαλό μας, συνυφασμένους μεταξύ τους από περίπου 100 τρισεκατομμύρια συνδέσεις ή συνάψεις. Το να κατανοήσουμε τις λεπτομέρειες του πώς λειτουργούν αυτά τα κύτταρα, δηλαδή πώς ενώνονται για να δημιουργήσουν τα αισθητηριακά μας συστήματα, τη συμπεριφορά μας, τη συνείδησή μας, είναι κάτι τρομακτικό.
Αλλά για να κατανοήσουμε ολόκληρο τον εγκέφαλο, πρέπει προηγουμένως να καταλάβουμε από πόσα διαφορετικά στοιχεία αποτελείται. Οι επιστήμονες αναφέρονται σε αυτό ως ανακάλυψη του περιοδικού πίνακα των τύπων των εγκεφαλικών κυττάρων. Είναι ευρέως γνωστό πως οι χημικοί έχουν έναν οργανωμένο πίνακα που περιγράφει τα 118 γνωστά χημικά στοιχεία -τα δομικά στοιχεία της ύλης-, αλλά οι νευροεπιστήμονες δεν έχουν μια τόσο καλά καθορισμένη κατηγοριοποίηση των δομικών στοιχείων του εγκεφάλου. Βέβαια, είναι η ανθρώπινη φύση που κατανοεί κάτι, κατηγοριοποιώντας το, όμως η ταξινόμηση των νευρώνων δεν είναι τόσο απλή. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν διάφορα χαρακτηριστικά για να καθορίσουν τον τύπο των εγκεφαλικών κυττάρων, οπότε ταξινομούν κύτταρα με βάση τα γονίδια που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν, τα λεπτομερή σχήματά τους, τις περιοχές του εγκεφάλου με τις οποίες συνδέονται και τη μοναδική ηλεκτρική συμπεριφορά τους. Στη συνέχεια, έρχεται το δύσκολο έργο της συγκέντρωσης όλων αυτών των πληροφοριών προκειμένου να γίνει ο καθορισμός των τύπων των εγκεφαλικών κυττάρων με βάση όλα αυτά τα χαρακτηριστικά. Αυτό θα οδηγήσει τους ερευνητές στο να κατανοήσουν καλύτερα ποια κύτταρα στον εγκέφαλο είναι υπεύθυνα για νευρολογικές και ψυχιατρικές παθήσεις. Πολλές νευροψυχιατρικές διαταραχές δεν επηρεάζουν ομοιόμορφα ολόκληρο τον εγκέφαλο, αλλά αρχίζουν ή οδηγούνται από συγκεκριμένες κατηγορίες νευρώνων ή άλλων εγκεφαλικών κυττάρων.
Πάντως, τα εγχειρίδια βιολογίας λένε ότι ο εγκέφαλος επικοινωνεί μέσω συνάψεων, εξειδικευμένων δηλαδή συνδέσεων μεταξύ δύο διαφορετικών νευρώνων. Η πλειονότητα των νευρώνων χρησιμοποιεί ένα από τα δύο κοινά μόρια σηματοδότησης γνωστά ως νευροδιαβιβαστές, το GABA ή το γλουταμινικό, που είναι γνωστό ότι διέρχονται από εξειδικευμένες συνάψεις. Αλλά υπάρχουν πολλοί άλλοι τύποι σηματοδότησης. Αν επρόκειτο να περιηγηθείτε σε όλα τα φάρμακα για τα οποία έχετε ακούσει, τα περισσότερα από αυτά δεν δρουν σε γλουταμικό ή GABA. Για φάρμακα όπως τα οπιοειδή ή τα αντικαταθλιπτικά, στην πραγματικότητα δεν γνωρίζουμε τους μηχανισμούς των υποκείμενων μορίων με τα οποία αλληλεπιδρούν αυτά τα φάρμακα.
Έτσι, εάν η κατανόηση της σύνθεσης του εγκεφάλου είναι μια πρόκληση, το να καταλάβουμε πώς αυτά τα δισεκατομμύρια συστατικά ενώνονται για να ενεργοποιήσουν όλη την πολύπλοκη συμπεριφορά του εγκεφάλου είναι κάτι ακόμη πιο δύσκολο. Διάφορες επιστημονικές ομάδες στοχεύουν να καταγράψουν ένα μικρό μέρος αυτής της πολυπλοκότητας: για παράδειγμα, πώς ο εγκέφαλος ενός θηλαστικού επεξεργάζεται οπτικές πληροφορίες. Οι νευροεπιστήμονες μελετούσαν το οπτικό μέρος του εγκεφάλου των θηλαστικών για δεκαετίες, αλλά τελευταία η τεχνολογία τούς επέτρεψε να μάθουν πληροφορίες μόνο από μια χούφτα νευρώνων. Είναι σαν να προσπαθούσες να παρακολουθήσεις μια ταινία αλλά μπορούσες να δεις μόνο 1000 pixel από τα πολλά εκατομμύρια στην οθόνη, άντε τώρα να καταλάβαινες τι συμβαίνει στην ταινία μόνο από αυτά: αυτή ήταν η κατάσταση που επικρατούσε στη νευροεπιστήμη μέχρι πρόσφατα, αφού από μια χούφτα νευρώνων προσπαθούσαν να βγάλουν συμπεράσματα.
Γενικά, όταν σκεφτόμαστε για να καταλάβουμε κάτι, συχνά σκεφτόμαστε να μπορούμε να το εξηγήσουμε με σχετικά απλό τρόπο. Ο φυσικός κόσμος προσφέρεται για αφαιρέσεις που μπορούν να συνοψιστούν σε απλές εξισώσεις˙ άραγε, ισχύει κάτι τέτοιο στη βιολογία; Μπορεί να μην υπάρχει κανένας απλός δρόμος για την κατανόηση πολύπλοκων συστημάτων που διαμορφώνονται από τη φυσική επιλογή, μια και η εξέλιξη δεν ενδιαφέρεται για κομψές απαντήσεις. Ο εγκέφαλος, μάλλον, δεν νοιάζεται αν τον καταλαβαίνεις.