«Κατασκευή» ανθρώπινου εγκεφάλου σε μια δεκαετία. Αποκωδικοποιήθηκαν τα ανθρώπινα εγκεφαλικά κύματα
Όταν συγκρίθηκαν οι απαντήσεις των συμμετεχόντων με την καταγραφή των κυμάτων, κατέστη δυνατή η αποκωδικοποίησή τους.
«Αναμμα» περιοχών του εγκεφάλου
Μάλιστα, στο πλαίσιο του πειράματος, οι ερευνητές κάλυψαν τμήματα των εικόνων που κοιτούσαν οι εθελοντές – έτσι για παράδειγμα μπορούσαν να δουν κάποια στιγμή μόνο τα μάτια ή μόνο το στόμα των εικονιζόμενων προσώπων. Το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα βοήθησε στο να εντοπιστούν οι περιοχές του εγκεφάλου που ενεργοποιούνταν κάθε φορά που ο εθελοντής κοιτούσε διαφορετικό σημείο του εικονιζόμενου προσώπου.
Όπως συγκεκριμένα προέκυψε από την ανάλυση, τα κύματα Β τα οποία έχουν κύκλο της τάξεως των 12 Hz μετέφεραν πληροφορίες σχετικά με τα μάτια των εικονιζόμενων προσώπων ενώ τα κύματα Θ τα οποία έχουν κύκλο 4 Hz κωδικοποιούσαν πληροφορίες σχετικά με το στόμα.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι διαφορετικές πληροφορίες μπορούν να κωδικοποιηθούν ανάλογα με τη φάση των εγκεφαλικών κυμάτων, αλλά πολύ λιγότερο με βάση την ισχύ τους.
Σαν «ξεκλείδωμα» τηλεοπτικού καναλιού
Όπως ανέφερε ο επικεφαλής της μελέτης, διευθυντής του Ινστιτούτου, καθηγητής Φίλιπ Σινς «η ανακάλυψή μας μοιάζει με το να ξεκλειδώνουμε ένα κανάλι της τηλεόρασης που είχε χαλάσει. Μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε το σήμα αλλά δεν ήμαστε σε θέση να δούμε το περιεχόμενο του καναλιού – τώρα πια όμως μπορούμε. Αντιστοίχως μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε με το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα τη δραστηριότητα σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου όταν εκτελούνταν διαφορετικά καθήκοντα, ωστόσο δεν γνωρίζαμε τι πληροφορίες μεταφέρονταν μέσα σε αυτά τα εγκεφαλικά κύματα». Σύμφωνα με τον καθηγητή η αποκωδικοποίηση των εγκεφαλικών κυμάτων επιτρέπει πλέον στους ειδικούς να μαθαίνουν τα μηνύματα που κρύβονται μέσα στα κύματα.
Ο δρ Σινς υποστηρίζει ότι η νέα μελέτη έχει τεράστια δυναμική. «Χρησιμοποιώντας πολλαπλές συχνότητες για την κωδικοποίηση δύο διαφορετικών περιοχών του προσώπου, ο εγκέφαλος μπορεί να κωδικοποιήσει περισσότερα από ένα σήματα ταυτοχρόνως. Η διαδικασία μοιάζει με εκείνη των ραδιοκυμάτων που κωδικοποιούν διαφορετικούς ραδιοσταθμούς σε διαφορετικές συχνότητες. Ετσι και ο εγκέφαλος συντονίζει διαφορετικά κύματα ώστε να κωδικοποιούν την ίδια στιγμή διαφορετικά οπτικά χαρακτηριστικά». Κατά τον καθηγητή η συγκεκριμένη έρευνα έχει τεράστια δυναμική για την ανάπτυξη της τεχνολογίας ΒCI (διασύνδεση εγκεφάλου με υπολογιστικά συστήματα) με την οποία ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί να συνδεθεί και να δώσει εντολές σε εξωτερικές συσκευές.
Το γονίδιο που έχτισε τον ανθρώπινο εγκέφαλο
Το γονίδιο που είναι υπεύθυνο για την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου αναφέρουν ότι εντόπισαν ερευνητές από τα Πανεπιστήμια Γέιλ και Κονέκτικατ καθώς και από διαφορετικά ινστιτούτα της Τουρκίας. Οι επιστήμονες σημειώνουν ότι το γονίδιο της λαμινίνης γ3 (LAGMC3) είναι εκείνο που «έχτισε» τον εγκεφαλικό φλοιό του ανθρώπου χαρίζοντάς του τις χαρακτηριστικές «πτυχώσεις» οι οποίες βοηθούν στη μνήμη και στην πολύπλοκη σκέψη.
Οι ειδικοί έφθασαν στην ανακάλυψη του γονιδίου μετά την ανάλυση του εγκεφάλου ενός τούρκου ασθενούς ο οποίος εμφάνιζε έλλειψη των εγκεφαλικών ελίκων και αυλάκων. Όπως είδαν η έλλειψη αυτή οφειλόταν σε μια μετάλλαξη του γονιδίου LAGMC3.
Κοντά στην επίλυση του …εγκεφαλικού μυστηρίου
«Η απόδειξη σχετικά με τον θεμελιώδη ρόλο που παίζει το συγκεκριμένο γονίδιο στην ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου μας φέρνει πιο κοντά στην επίλυση του μεγαλύτερου μυστηρίου της δημιουργίας που δεν είναι άλλο από τον εγκεφαλικό φλοιό» έγραψε χαρακτηριστικά ο καθηγητής Μουράτ Γκιουνέλ του Πανεπιστημίου Γέιλ στην επιθεώρηση «Nature Genetics».
Το ανάγλυφο με τις έλικες και τις αύλακες υπάρχει μόνο στα θηλαστικά με μεγάλο σε μέγεθος εγκέφαλο, όπως τα δελφίνια και οι πίθηκοι, στον άνθρωπο όμως η δομή αυτή είναι πιο ολοκληρωμένη. Οι «πτυχώσεις» χαρίζουν μεγαλύτερη επιφάνεια στον εγκεφαλικό φλοιό χωρίς να χρειάζεται να καταλάβει περισσότερο χώρο εντός του κρανίου και επιτρέπουν να λαμβάνουν χώρα σύνθετες διαδικασίες που αφορούν τη λογική και τη σκέψη.
Εκφραση στην εμβρυϊκή ζωή
Μέχρι σήμερα ωστόσο κανένας δεν είχε καταφέρει να εξηγήσει πώς ο εγκέφαλος δημιουργεί αυτές τις δομές. Η απάντηση έρχεται τώρα μέσω του γονιδίου LAGMC3. Ανάλυση του γονιδίου έδειξε ότι εκφράζεται κατά την εμβρυϊκή περίοδο η οποία είναι ζωτικής σημασίας για τον σχηματισμό των δενδριτών που δημιουργούν συνάψεις μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων.
«Παρότι το γονίδιο LAGMC3 εκφράζεται και σε κατώτερους οργανισμούς με λείο εγκέφαλο όπως τα ποντίκια, με κάποιον τρόπο με την πάροδο του χρόνου απέκτησε νέες λειτουργίες οι οποίες είναι θεμελιώδεις για τον σχηματισμό των αυλάκων και των ελίκων του εγκεφάλου. Η μετάλλαξη του γονιδίου αποδείχθηκε ότι οδηγεί σε απώλεια των ‘πτυχώσεων’ στην επιφάνεια του εγκεφάλου, οι οποίες αποτελούν ορόσημο για τη δημιουργία του» κατέληξε ο καθηγητής.
«Κατασκευή» ανθρώπινου εγκεφάλου σε μια δεκαετία
Οι ίδιοι οι ερευνητές που εργάζονται πάντως στο πρόγραμμα αναφέρουν ότι αυτό μόνο καλό μπορεί να προσφέρει στην ανθρωπότητα βοηθώντας σημαντικά στην αντιμετώπιση ανίατων ως σήμερα ασθενειών όπως η νόσος του Πάρκινσον και η νόσος Αλτσχάιμερ. Παράλληλα το Human Brain Project εκτιμάται ότι μπορεί να οδηγήσει μελλοντικά στην ανάπτυξη έξυπνων ρομπότ και υπερ-υπολογιστών που θα αλλάξουν τη ζωή μας.
Συζητήσεις για χρηματοδότηση
Οι επιστήμονες βρίσκονται αυτή τη στιγμή σε συζητήσεις με την Ευρωπαϊκή Ενωση προκειμένου να λάβουν χρηματοδότηση της τάξεως του περίπου ενός δισ ευρώ ώστε να φέρουν εις πέρας το μεγάλο εγχείρημα.
Όπως χαρακτηριστικά ανέφερε ο ιθύνων νους του προγράμματος δρ Χένρι Μάρκραμαπό την Ομοσπονδιακή Πολυτεχνική Σχολή στη Λωζάννη της Ελβετίας σε συνέντευξή του στο γερμανικό περιοδικό Spiegel «η συγκεκριμένη είναι μια από τις τρεις μεγάλες προκλήσεις για την ανθρωπότητα. Χρειάζεται να κατανοήσουμε τη Γη, το Διάστημα και τον εγκέφαλο. Χρειάζεται να κατανοήσουμε τι μας κάνει ανθρώπους». Ο δρ Μάρκραμ, ο οποίος υποστήριξε ότι από το πρόγραμμα θα προκύψει ένα «τσουνάμι δεδομένων», έχει συγκεντρώσει εννέα εξέχοντες ευρωπαίους επιστήμονες προκειμένου να ενώσουν τις δυνάμεις τους για την «κατασκευή» του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Οι ερευνητές που βρίσκονται πίσω από το πρόγραμμα πιστεύουν ότι εάν λάβουν την απαραίτητη χρηματοδότηση, θα είναι σε θέση να δημιουργήσουν το μοντέλο του μεγαλύτερου «βιοχημικού υπολογιστή» που δεν είναι άλλος από τον εγκέφαλο το πολύ σε 12 έτη.
Πολλαπλές εφαρμογές
Εάν η πεποίθηση αυτή των ειδικών γίνει πραγματικότητα οι εφαρμογές θα είναι πολλαπλές: οι φαρμακευτικές εταιρείες για παράδειγμα, θα μπορούν να δοκιμάζουν τις νέες ουσίες στο υπολογιστικό μοντέλο με αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά ο χρόνος δοκιμών νέων φαρμάκων και να καταργείται η ανάγκη συλλογής εθελοντών.
Στον «αγώνα» για τη δημιουργία του μοντέλου που θα φωτίσει τα μυστικά της ανθρώπινης ύπαρξης έχουν ριχθεί τόσο οι επιστήμονες όσο και οι υπερ-υπολογιστές του Ερευνητικού Κέντρου Γιούλιχ κοντά στην Κολωνία. Η νευροεπιστήμονας Κατρίν Αμουντς που εργάζεται στο Γιούλιχ έχει ήδη ξεκινήσει τη δημιουργία ενός λεπτομερούς άτλαντα του εγκεφάλου. Για τη χαρτογράφηση έχει απαιτηθεί το «κόψιμο» του εγκεφάλου σε 8.000 φέτες.
Ολοκλήρωση σε μια δεκαετία
Ο δρ Μάρκραμ δήλωσε στο Spiegel πεπεισμένος σχετικά με το ότι το μεγαλεπήβολο εγχείρημα θα έχει αίσιο τέλος. «Δεν είναι αδύνατον να κατασκευάσουμε έναν ανθρώπινο εγκέφαλο. Μπορούμε να το καταφέρουμε σε διάστημα λίγο μεγαλύτερο της δεκαετίας. Και όταν επιτύχουμε το στόχο μας θα βοηθήσουμε σημαντικά τα δύο δισ άτομα ετησίως τα οποία υποφέρουν από κάποιου είδους εγκεφαλική δυσλειτουργία».
Στο πλαίσιο του προγράμματος έχει ήδη δημιουργηθεί ένα τμήμα τεχνητού νεοφλοιού (ο νεοφλοιός είναι υπεύθυνος για τις ανώτερες λειτουργίες του εγκεφάλου όπως η κοινωνική αλληλεπίδραση ή το αίσθημα της μητρότητας και της πατρότητας). Η ψηφιακή δημιουργία του νεοφλοιού έγινε με χρήση ενός υπολογιστικού μοντέλου με βάση δεκάδες χιλιάδες νευρώνες.
