Τα µυστήρια κύτταρα του ανθρώπινου µυαλού

Γράφει o Carl Zimmer

Μία διεθνής οµάδα επιστηµόνων χαρτογράφησε τον ανθρώπινο εγκέφαλο σε πολύ καλύτερη ανάλυση από ποτέ. Ο "εγκεφαλικός άτλαντας", µια προσπάθεια που ξεκίνησε το 2017 και κόστισε 375 εκατοµµύρια δολάρια, έχει εντοπίσει περισσότερους από 3.300 τύπους εγκεφαλικών κυττάρων, πολύ περισσοτέρους από ό,τι είχε καταγραφεί προηγουµένως. Οι ερευνητές δεν έχουν παρά µια αµυδρή ιδέα για το τι κάνουν τα κύτταρα που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα. 

Τα αποτελέσµατα περιγράφηκαν σε 21 εργασίες που δηµοσιεύθηκαν στο "Science" και σε πολλά άλλα περιοδικά. Ο Ed Lein, νευροεπιστήµονας στο Allen Institute for Brain Science στο Σιάτλ, ο οποίος ηγήθηκε σε πέντε από τις µελέτες, είπε ότι τα ευρήµατα εντοπίστηκαν µέσα από νέες τεχνολογίες που επέτρεψαν στους ερευνητές να διερευνήσουν εκατοµµύρια ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα που συλλέχθηκαν από βιοψίες ιστών ή πτωµάτων.

"Δείχνει πραγµατικά τι µπορεί να γίνει τώρα", είπε ο Lein. "Ανοίγει µια εντελώς νέα εποχή για την ανθρώπινη νευροεπιστήµη".

Ωστόσο ο Lein είπε ότι ο άτλαντας ήταν απλώς ένα πρώτο σχέδιο. Αυτός και οι συνάδελφοί του έχουν λάβει δείγµατα µόνο από ένα µικρό κλάσµα των 170 δισεκατοµµυρίων κυττάρων που εκτιµάται ότι αποτελούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Οι µελλοντικές έρευνες θα αποκαλύψουν σίγουρα περισσότερους τύπους κυττάρων, είπε.

Με χρηµατοδότηση από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, ο Lein και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν να χαρτογραφήσουν τον εγκέφαλο εξετάζοντας πώς τα εγκεφαλικά κύτταρα ενεργοποιούσαν διαφορετικά γονίδια. Τουλάχιστον 16.000 γονίδια είναι ενεργά στον εγκέφαλο και ενεργοποιούνται σε διαφορετικούς συνδυασµούς σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων.
Οι ερευνητές συνέλεξαν εγκεφαλικό ιστό από διάφορες πηγές, συµπεριλαµβανοµένων ανθρώπων που είχαν πεθάνει πρόσφατα και ανθρώπων που υποβλήθηκαν σε χειρουργική επέµβαση στον εγκέφαλο.

Όταν µελέτησαν φρέσκο εγκεφαλικό ιστό, οι επιστήµονες προσάρτησαν γυάλινους σωλήνες στην επιφάνεια µεµονωµένων κυττάρων για να µελετήσουν την ηλεκτρική τους δραστηριότητα, έγχυσαν βαφή για να διακρίνουν τη δοµή τους και τελικά αφαίρεσαν τους πυρήνες από τα κύτταρα για να τους επιθεωρήσουν πιο προσεκτικά.

Αντί να εκτελούν αυτές τις διαδικασίες µε το χέρι, οι ερευνητές σχεδίασαν ροµπότ, για να διαχειριστούν τα δείγµατα πιο αποτελεσµατικά. Τα ροµπότ έχουν επιθεωρήσει περισσότερα από 10 εκατοµµύρια ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα µέχρι στιγµής, υπολόγισε ο Lein.

Μερικά από τα κύτταρα που εντοπίστηκαν πρόσφατα βρέθηκαν σε στρώµατα του εγκεφαλικού φλοιού στην εξωτερική επιφάνεια του εγκεφάλου. Αυτή η περιοχή είναι ιδιαίτερα σηµαντική για πολύπλοκες διανοητικές εργασίες, όπως η χρήση της γλώσσας και η δηµιουργία σχεδίων για το µέλλον.

Αλλά οι νέες µελέτες αποκαλύπτουν ότι µεγάλο µέρος της ποικιλοµορφίας του εγκεφάλου βρίσκεται έξω από τον εγκεφαλικό φλοιό. Ένας τεράστιος αριθµός τύπων κυττάρων που αποκαλύφθηκαν βρίσκονται στις βαθύτερες περιοχές του εγκεφάλου, όπως το εγκεφαλικό στέλεχος που οδηγεί στον νωτιαίο µυελό.

Οι ερευνητές βρήκαν πολλούς νέους τύπους κυττάρων που χρησιµοποιούν ηλεκτρικά σήµατα και χηµικές ουσίες για την επεξεργασία πληροφοριών. Αλλά οι νευρώνες αποτελούν µόνο περίπου τα µισά κύτταρα στον εγκέφαλο. Οι άλλοι µισοί είναι πολύ πιο µυστηριώδεις.

Τα αστροκύτταρα, για παράδειγµα, φαίνεται να θρέφουν τους νευρώνες έτσι ώστε να µπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν σωστά. Τα µικρογλοία χρησιµεύουν ως ανοσοποιητικά κύτταρα, που επιτίθενται σε ξένους εισβολείς και διαµορφώνουν µερικούς από τους κλάδους στους νευρώνες για να βελτιώσουν τη σηµατοδότησή τους. Και οι ερευνητές βρήκαν επίσης πολλούς νέους τύπους αυτών των κυττάρων.

Οι ερευνητές χρησιµοποίησαν µερικές από τις ίδιες µεθόδους για να µελετήσουν τον εγκέφαλο των χιµπατζήδων και άλλων ειδών. Συγκρίνοντας τα αποτελέσµατα µεταξύ των ειδών, οι ερευνητές εξέτασαν πώς ο ανθρώπινος εγκέφαλος εξελίχθηκε ώστε να είναι διαφορετικός από εκείνους άλλων πρωτευόντων.

Προηγούµενες µελέτες είχαν δείξει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος µπορεί να είναι ξεχωριστός, εν µέρει χάρη στην ανάπτυξη νέων ειδών κυττάρων. Αλλά οι ερευνητές εξεπλάγησαν όταν ανακάλυψαν ότι όλοι οι τύποι κυττάρων στον ανθρώπινο εγκέφαλο ταιριάζουν µε αυτούς που βρέθηκαν στους χιµπατζήδες και τους γορίλες, τους πιο στενούς εν ζωή συγγενείς µας.

Μέσα σε αυτά τα κύτταρα οι ερευνητές ανακάλυψαν µερικές εκατοντάδες γονίδια που έγιναν περισσότερο ή λιγότερο ενεργά στους ανθρώπους από ό,τι σε άλλους πιθήκους. Πολλά από αυτά τα γονίδια βρίσκονται κοντά σε γενετικούς διακόπτες που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν τα γονίδια.

Ο Trygve Bakken, ένας νευροεπιστήµονας στο Allen Brain Institute που εργάστηκε στις µελέτες των πρωτευόντων, και οι συνάδελφοί του διαπίστωσαν ότι ορισµένα γονίδια που κάνουν τους ανθρώπους διαφορετικούς εµπλέκονται στη δηµιουργία των συνδέσεων µεταξύ των νευρώνων που είναι γνωστές ως συνάψεις.

"Είναι πραγµατικά οι συνδέσεις –το πώς αυτά τα κύτταρα µιλούν µεταξύ τους– που µας κάνουν διαφορετικούς από τους χιµπατζήδες", είπε ο Bakken.

Η Megan Carey, νευροεπιστήµονας στο Κέντρο Champalimaud για το Άγνωστο στην Πορτογαλία, η οποία δεν συµµετείχε στο έργο του εγκεφαλικού άτλαντα, είπε ότι η έρευνα παρείχε έναν εκπληκτικό αριθµό νέων δεδοµένων για χρήση από τους ερευνητές σε µελλοντικές µελέτες. "Νοµίζω ότι αυτή είναι µια τεράστια ιστορία επιτυχίας", είπε.

Ωστόσο προειδοποίησε ότι η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου δεν θα ήταν απλώς θέµα καταγραφής κάθε τµήµατος µε την καλύτερη δυνατή λεπτοµέρεια. Οι νευροεπιστήµονες θα πρέπει επίσης να κάνουν ένα βήµα πίσω και να δουν τον εγκέφαλο ως ένα αυτορυθµιζόµενο σύστηµα.

*Ο Carl Zimmer γράφει τη στήλη "Origins" στους "New York Times" και καλύπτει θέµατα σχετικά µε την επιστήµη.

Το άρθρο δηµοσιεύθηκε στις 14 Οκτωβρίου 2023 στους "New York Times".

© 2023 The New York Times Company