Τι Καθιστά Μοναδικά τα Ανθρώπινα Εγκεφαλικά Κύτταρα;

Ο ισπανός νευρολόγος Σαντιάγο Ραμόν Ι Καχάλ, έφερε επανάσταση στην έρευνα του εγκεφάλου όταν παρατήρησε για πρώτη φορά τους νευρώνες. Οι έρευνές του, οι οποίες έγιναν πριν από σχεδόν 100 χρόνια, αποκάλυψαν αρκετές λεπτομέρεις για τα νευρικά κύτταρα σε πολλά ζώα αλλά και τον άνθρωπο. Οι νευρώνες είναι ουσιασικά δομές σχήματος ριζών που προσκολλώνται σε ένα σφαιρικό σώμα, από το οποίο εκτείνονται μακροί άξονες.

Οι έρευνες του Καχάλ ανακάλυψαν επίσης δενδρίτες (μέσω των οποίων τα νευρικά κύτταρα λαμβάνουν τα σήματα από τους άλλους νευρώνες) οι οποίοι ήταν μακρύτεροι στον άνθρωπο σε σχέση με τα τρωκτικά ή άλλα ζώα. Μία νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Cell, δείχνει ότι στους ανθρώπους αυτές οι προεκβολές έχουν χαρακτηριστικές ηλεκτρικές ιδιότητες που μπορεί να εξηγούν πώς ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις εισερχόμενες προς αυτόν πληροφορίες.

Οι επιστήμονες είχαν μελετήσει λεπτομερώς τους δενδρίτες αρκετές δεκαετίες πριν τις παρατηρήσεις του Καχάλ. Ωστόσο, «το μοναδικό που γνωρίζαμε σχετικά με τους δενδρίτες στον άνθρωπο ήταν η ανατομία τους», είπε ο Μαρκ Αρνέτ, ένας νευροεπιστήμονας από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασσαχουσέτης. «Υπήρχε η πιθανότητα να κάνουν κάτι διαφορετικό οι δενδρίτες λόγω του μεγέθους τους, ωστόσο δεν υπήρχε κάποια δημοσίευση σχετικά με τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες».

Ο Αρνέτ και οι συνεργάτες του, επομένως αποφάσισαν να διερευνήσουν αν το μήκος των δενδριτών επηρεάζει τα ηλεκτρικά σήματα που μεταδίδονται μέσω αυτών. Με τη βοήθεια ενός νευρολόγου, της Σίντνεϊ Κας από το Γενικό Νοσοκομείο της Μασσαχουσέτης, έλαβαν εγκεφαλικούς ιστούς από ασθενείς με επιληψία που έκαναν τυπικά χειρουργεία για την ανακούφιση από τις κρίσεις (μία επέμβαση και την οποία ο γιατρός αφαιρεί τμήματα του μετωπιαίου λοβού για να φτάσει στον ιππόκαμπο, το σημείο απ’όπου εκκινούν οι κρίσεις). Όταν η ερευνητική ομάδα έλαβε τους ιστούς αυτούς, τους μετέφερε στο εργαστήριο όπου εξέτασε τα δείγματα. Καθώς οι ανθρώπινοι ιστοί μπορούν να διατηρηθούν ζωντανοί μόνο για λίγες ημέρες, τα πειράματα έγιναν χωρίς διακοπή για 48 ώρες.

Η ομάδα του Αρνέτ εξέτασε συνολικά 9 δείγματα από ανθρώπους και 30 δείγματα από ποντίκια. Για να εξετάσουν τις ηλεκτρικές ιδιότητες των νευρώνων στα δείγματα αυτά, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μία τεχνική κατά την οποία προσκολλώνται βελόνες στα νευρικά κύτταρα για να υπολογιστεί η δραστηριότητά τους. Με τον τρόπο αυτό έδειξαν ότι αν και οι οι δενδρίτες των ανθρώπων και των ποντικών έχουν κοινά βασικά χαρακτηριστικά, όπως η ικανότητα να μεταφέρουν πληροφορίες για την κίνηση, υπήρχαν μερικές ουσιώδεις διαφορές ανάμεσα στα δύο είδη. Όταν οι ερευνητές προκάλεσαν μία ηλεκτρική ώση στους δενδρίτες των νευρώνων, διαπίστωσαν ότι μικρότερη δραστηριότητα έφτασε στο σώμα στα ανθρώπινα κύτταρα παρά στα κύτταρα των ποντικών. «Αυτό δείχνει ότι η σηματοδότηση είναι πιο τμηματοποιημένη στους ανθρώπινους δενδρίτες», είπε ο Αρνέτ. «Σημαίνει επίσης ότι η τοπική επεξεργασία στους δενδρίτες μπορεί να είναι ανεξάρτητη από το νευριτικό σώμα».

Ο Αρνέτ συγκρίνει τα δενδριτικά αυτά τμήματα με τις περόνες ενός λουκέτου. Όσο το λουκέτο γίνεται πιο σύνθετο, αυξάνονται οι περόνες και χρειάζεται πιο πολύπλοκο κλειδί για να ξεκλειδωθεί. Αντίστοιχα, οι ανθρώπινοι δενδρίτες χρειάζονται πολύ ειδικά σήματα για να επηρεάσουν σημαντικά το σώμα. Τελικά, οι ιδιότητες των ανθρωπίνων δενδριτών προσφέρουν στους νευρώνες ισχυρότερη υπολογιστική ισχύ σε σχέση με τα τρωκτικά. Καθώς τα σήματα μεταδίδονται ευκολότερα από το ένα κύτταρο στο άλλο στα ποντίκια, αυτό δείχνει ότι η επεξεργασία των ηλεκτικών σημάτων στους δενδρίτες των ζώων αυτών είναι λιγότερο τμηματοποιημένη, είπε ο Αρνέτ.

Ο Μάικλ Χάουζερ, ένας νευροεπιστήμονας από το University College του Λονδίνου, που δεν είχε λάβει μέρος στην έρευνα, είπε ότι η νέα έρευνα υποστηρίζει δεκαετίες ερευνών που είχαν γίνει σε πειραματόζωα. Οι τελευταίες είχαν παρατηρήσει ότι οι δενδρίτες όντως τμηματοποιούν τα σήματα με αυτό τον τρόπο. Με βάση τις παραπάνω παρατηρήσεις, δήλωσε, οι επιστήμονες περίμεναν ότι θα υπήρχε μεγαλύτερη τμηματοποίηση στους νευρώνες των ανθρώπων σε σχέση με τα άλλα ζώα, καθώς είναι πολύ μεγαλύτεροι. Εργαζόμενοι στη συνέχεια με υπολογιστικά μοντέλα διαπίστωσαν ότι όσο περισσότερα είναι τα τμήματα επεξεργασίας σε έναν δενδρίτη, τόσο μεγαλύτερη είναι η υπολογιστική ισχύς του κυττάρου.

Ωστόσο, οι ακριβείς διεργασίες που επιτελούνται από τους δενδρίτες, καθώς και οι συμπεριφορές που σχετίζονται με τη δραστηριότητα των νευρικών αυτών κλάδων, είναι ακόμα ασαφείς. Οι επιστήμονες ωστόσο έχουν μία θεωρία. Σύμφωνα με τον Χάουζερ, η ηλεκτρική δραστηριότητα μέσα στους δενδρίτες μπορεί να ανιχνεύσει την ταυτόχρονη είσοδο διαφορετικών σημάτων, για παράδειγμα τις πληροφορίες για την οσμή και το σχήμα ενός τριαντάφυλλου. Εκτός από την ταυτοποίηση διαφορετικών σημάτων προς το νευρώνα, οι δενδρίτες μπορεί επίσης να συνδέουν τιν πληροφορίες αυτές και να τις αποθηκεύουν μαζί.

Φυσικά, η θεωρία αυτή δεν έχει ακόμα εξεταστεί σε πειράματα. Ωστόσο η έρευνα του Αρνέτ, «αποτελεί το πρώτο βήμα σε μία νέα εποχή εξερεύνησης των δενδριτών μας», είπε ο Χάουζερ. «Και αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος».

Ο Χαβιέ ΝτεΦελίπε, ένας νευροεπιστήμονας από το Ινστιτούτο Καχάλ στη Μαδρίτη ο οποίος δεν είχε λάβει μέρος στην έρευνα, δήλωσε ότι η έρευνα τονίζει πόσο σημαντικό είναι να μελετούμε ανθρώπινους ιστούς. Οι περισσότερες έρευνες στις νευροεπιστήμες βασίζονται σε ποντίκια, ωστόσο ο εγκέφαλος των τρωκτικών διαφέρει από αυτόν τον ανθρώπων. Η δουλειά τους δείχνει ότι εκτός από τις διαφορές στο μέγεθος υπάρχουν επίσης διαφορές στον τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου. «Ο εγκέφαλος του ανθρώπου δεν είναι απλά μία μεγαλύτερη έκδοση του εγκεφάλου των ποντικών».

Βιβλιογραφία: Scientific American

Ακολουθήστε μας στο Google News για την έγκυρη επιστημονική ενημέρωσή σας, έγκαιρα!

Μην χάσετε:
Σχετικά Αρθρα