Η μυστική ζωή του εγκεφάλου

Η αλήθεια είναι ότι τα μυστικά του εγκεφάλου είναι περισσότερα από τις γνώσεις μας για αυτόν. Γιατί, π.χ., καίει περισσότερο «καύσιμο» όταν κοιμόμαστε παρά όταν δουλεύουμε; Οι επιστήμονες εξερευνούν την αξία της ονειροπόλησης. 

Tο 1953 ο Λούι Σοκόλοφ , ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια στη Φιλαδέλφεια, ξάπλωσε έναν εικοσάχρονο φοιτητή σε ένα κρεβάτι νοσοκομείου, συνέδεσε ηλεκτρόδια στο κρανίο του και εισήγαγε μια σύριγγα στη σφαγίτιδα φλέβα του.

Επί 60 λεπτά ο εθελοντής ήταν ξαπλωμένος λύνοντας μαθηματικά προβλήματα. Ολο αυτό το διάστημα ο Σοκόλοφ κατέγραφε τα κύματα του εγκεφάλου του και ήλεγχε τα επίπεδα οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα του.

Αυτό το οποίο προσπαθούσε να ανακαλύψει ο ερευνητής ήταν πόση ενέργεια καταναλώνει ο εγκέφαλος όταν σκέφτεται έντονα. Περίμενε ότι ο εγκέφαλος του εθελοντή του θα καταβρόχθιζε περισσότερο οξυγόνο όταν έλυνε τα προβλήματα, βρέθηκε όμως μπροστά σε μια έκπληξη: ο εγκέφαλος του φοιτητή δεν κατανάλωνε περισσότερο οξυγόνο όταν αυτός έκανε μαθηματικούς υπολογισμούς αλλά όταν ξεκουραζόταν με τα μάτια κλειστά.

Ανύπαρκτη αδράνεια

Για πολύ καιρό οι άνθρωποι φαντάζονταν τον εγκέφαλο σαν ένα είδος ηλεκτρονικού υπολογιστή σε αναμονή, ο οποίος βρίσκεται διαρκώς σε κατάσταση «νάρκης» ώσπου να του ζητήσουν να εκτελέσει ένα έργο, όπως το να λύσει ένα Sudoku, να διαβάσει την εφημερίδα ή να αναγνωρίσει ένα πρόσωπο μέσα στο πλήθος. Το πείραμα του Σοκόλοφ πρόσφερε την πρώτη όψη μιας διαφορετικής αλήθειας: ότι ο εγκέφαλος έχει μια πλούσια προσωπική ζωή. Το εκπληκτικό αυτό όργανο, το οποίο αντιπροσωπεύει μόλις το 2% της μάζας του σώματός μας αλλά απορροφά το 20% των θερμίδων που καταναλώνουμε, καίει μεγάλο μέρος αυτής της ενέργειας όταν φαινομενικά δεν κάνει απολύτως τίποτε.

«Στον αναπαυόμενο εγκέφαλο υπάρχει μια τεράστια δραστηριότητα την οποία σε μεγάλο βαθμό δεν υπολογίζαμε ως τώρα» λέει ο Μάρκους Ρέιτσλ, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον. «Ο εγκέφαλος είναι ένα εξαιρετικά δαπανηρό όργανο,αλλά κανείς ως πρόσφατα δεν είχε εξετάσει βαθιά σε τι ακριβώς ωφελεί αυτό το κόστος». Ο κ. Ρέιτσλ και μερικοί άλλοι επιστήμονες έχουν αρχίσει επιτέλους να διερευνούν το θεμελιώδες ερώτημα: με τι ασχολείται ο εγκέφαλος όταν βρίσκεται σε αδράνεια; Οι έρευνές τους οδήγησαν στην ανακάλυψη ενός βασικού εγκεφαλικού συστήματος, το οποίο αποτελεί ένα είδος οργάνου μέσα στο όργανο, και επί δεκαετίες κρυβόταν μπροστά στα μάτια των ειδικών. Ορισμένοι το αποκαλούν το «νευρωνικό δυναμό των ονειροπολήσεων». Αλλοι του αποδίδουν έναν πιο μυστηριώδη ρόλο, πιθανώς την επιλογή των αναμνήσεων και τη σύνθεσή τους για τη δημιουργία μιας προσωπικής αφήγησης. Οποια και αν είναι η ασχολία του, ο εγκέφαλος πάντως καταπιάνεται με αυτήν αμέσως μόλις αφεθεί ελεύθερος από τα άλλα καθήκοντά του και «ανάβει» κυριολεκτικά καταβροχθίζοντας, γραμμάριο το γραμμάριο, περισσότερο οξυγόνο από την παλλόμενη καρδιά.

«Η ανακάλυψη είναι πολύ σημαντική» λέει ο Τζούλιο Τονόνι, νευροεπιστήμονας του Πανεπιστημίου του Γουισκόνσιν-Μάντισον. «Δεν βλέπουμε συχνά να εντοπίζεται ένα νέο λειτουργικό σύστημα στον εγκέφαλο,στην πραγματικότητα κάτι τέτοιο έχει να συμβεί εδώ και ούτε και εγώ ξέρω πόσα χρόνια.Είναι σαν να ανακαλύπτουμε μια νέα ήπειρο».

Η πορεία ωστόσο προς αυτή την ανακάλυψη ήταν αργή. Το πείραμα του κ. Σοκόλοφ πριν από 55 χρόνια είχε προσελκύσει ελάχιστη προσοχή. Μόνο στη δεκαετία του 1980 οι ερευνητές άρχισαν να υποψιάζονται ότι ο εγκέφαλος ενδέχεται να επιτελεί σημαντικές λειτουργίες όταν φαινομενικά βρίσκεται σε «νεκρή» ταχύτητα.

Κρυφακούοντας το μυαλό

Την εποχή εκείνη είχε αρχίσει να χρησιμοποιείται μια νέα τεχνική απεικόνισης, η Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (ΡΕΤ scan). Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο για να εντοπίσει περιοχές του εγκεφάλου οι οποίες σχετίζονταν με τις λέξεις ο κ. Ρέιτσλ παρατήρησε κάτι παράξενο: ορισμένες περιοχές φαίνονταν να τίθενται σε πλήρη δραστηριότητα κατά την ανάπαυση αλλά σταματούσαν μόλις ο εξεταζόμενος ξεκινούσε μια άσκηση. Οι περισσότεροι ερευνητές προσπερνούσαν τέτοιου είδους παράξενα φαινόμενα ως «τυχαίο θόρυβο». Το 1997 όμως ο συνεργάτης του κ. Ρέιτσλ, Γκόρντον Σούλμαν, κατέληξε σε μια άλλη διαπίστωση.

Εξετάζοντας εγκεφαλικές τομογραφίες 134 ατόμων ο κ. Σούλμαν παρατήρησε ότι, όποιο και αν ήταν το έργο που τους είχε ανατεθεί, είτε αφορούσε την ανάγνωση είτε την παρακολούθηση σχημάτων σε μια οθόνη, η ίδια διάταξη περιοχών του εγκεφάλου «έσβηνε» τη στιγμή που ο εθελοντής άρχιζε να συγκεντρώνεται σε αυτό. «Με εξέπληξε η συνέπεια που υπήρχε» λέει ο ερευνητής. Ξαφνικά ο «θόρυβος» δεν φαινόταν και τόσο τυχαίος. «Ηταν ένα νευρωνικό δίκτυο το οποίο ως τότε δεν είχε ανακαλυφθεί».

Ο κ. Ρέιτσλ και ο κ. Σούλμαν δημοσίευσαν το 2001 μια εργασία υποστηρίζοντας ότι επρόκειτο για μια ως τότε άγνωστη «προκαθορισμένη ρύθμιση»- ένα είδος εσωτερικού ατομικού παιχνιδιού το οποίο ο εγκέφαλος «έπιανε» όταν δεν είχε τι άλλο να κάνει και άφηνε μόλις του ανετίθετο ένα έργο. Η εγκεφαλική αυτή δραστηριότητα παρατηρούνταν κυρίως σε μια συστάδα περιοχών που σχημάτιζε τόξο στο μέσο του εγκεφάλου, από το εμπρός προς το πίσω μέρος του, την οποία οι δύο ερευνητές ονόμασαν «προκαθορισμένο δίκτυο».

Οι περιοχές του εγκεφάλου που αποτελούν το δίκτυο ήταν γνωστές και είχαν μελετηθεί από τους ειδικούς. Αυτό το οποίο δεν ήταν γνωστό ως τότε ήταν ότι βρίσκονται σε διαρκή συνομιλία μεταξύ τους όταν ένας άνθρωπος δεν απασχολείται με κάτι αλλά σιγούν όταν εμφανίζεται κάποιο έργο το οποίο απαιτεί εστιασμένη προσοχή. Οι μετρήσεις της μεταβολικής δραστηριότητας έδειξαν ότι ορισμένα τμήματα αυτού του δικτύου καταναλώνουν 30% περισσότερες θερμίδες από οποιαδήποτε άλλη περιοχή του εγκεφάλου.

Ολα αυτά θέτουν το ερώτημα: τι ακριβώς κάνει ο εγκέφαλος όταν εμείς δεν κάνουμε τίποτε; Οταν ο κ. Ρέιτσλ και ο κ. Σούλμαν κατέγραψαν το προκαθορισμένο δίκτυο βρήκαν κάποιες ενδείξεις για τον σκοπό του με βάση τα όσα ήταν ήδη γνωστά για τις περιοχές που το αποτελούσαν.

Ενα από τα βασικά κομμάτια του δικτύου είναι ο μέσος προμετωπιαίος φλοιός, ο οποίος γνωρίζουμε ότι αξιολογεί τα πράγματα από μια εξαιρετικά εγωκεντρική σκοπιά και σε σχέση με το αν θα αποβούν καλά, άσχημα ή αδιάφορα. Αλλα τμήματα έχουν ισχυρή σχέση με τον ιππόκαμπο, ο οποίος καταγράφει και ανασύρει αυτοβιογραφικές αναμνήσεις όπως τι φάγατε χθες για πρωινό ή την πρώτη σας μέρα στο σχολείο.

Ονειροπόληση:σκληρή δουλειά Σύμφωνα με τον κ. Ρέιτσλ και τη συνεργάτιδά του Ντέμπρα Γκάσναρντ όλα αυτά δείχνουν προς μια κατεύθυνση: την ονειροπόληση. Μέσω του ιππόκαμπου ίσως το προκαθορισμένο δίκτυο αντλεί αποθηκευμένες αναμνήσεις- την πρώτη ύλη των ονειροπολήσεων. Στη συνέχεια ο μέσος προμετωπιαίος φλοιός μπορεί να αξιολογεί αυτές τις αναμνήσεις από μια ενδοσκοπική άποψη. Ο κ. Ρέιτσλ και η κυρία Γκούσναρντ υποθέτουν ότι το προκαθορισμένο δίκτυο ενδέχεται να προ σφέρει στον εγκέφαλο μια «εσωτερική πρόβα» για μελλοντικές ενέργειες και επιλογές.

Ο Ράντι Μπάκνερ, πρώην συνάδελφος του κ. Ρέιτσλ ο οποίος σήμερα βρίσκεται στο Χάρβαρντ, συμφωνεί ότι όλα αυτά τα στοιχεία συνθέτουν την εικόνα ενός συστήματος του εγκεφάλου το οποίο ασχολείται με την πιο ουσιαστική λειτουργία της ονειροπόλησης, την εξέταση προηγούμενων εμπειριών και τη διατύπωση εικασιών για το μέλλον. «Είμαστε πολύ καλοί στο να φανταζόμαστε πιθανούς κόσμους και να σκεφτόμαστε πώς είναι» λέει. «Αυτό ίσως είναι το δίκτυο του εγκεφάλου που μας βοηθάει να το κάνουμε».

Σήμερα υπάρχουν πλέον άμεσες αποδείξεις που υποστηρίζουν αυτή την ιδέα. Πέρυσι η Μάλια Μέισον του Κολεγίου Ντάρτμουθ του Νιου Χάμσαϊρ έδειξε ότι η δραστηριότητα του προκαθορισμένου δικτύου συσχετίζεται με την ονειροπόληση. Με τη βοήθεια της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fΜRΙ) η ερευνήτρια διαπίστωσε ότι οι εθελοντές δήλωναν ότι ονειροπολούν όταν το προκαθορισμένο δίκτυο στον εγκέφαλό τους ήταν ενεργό, αλλά όχι όταν ήταν αδρανές. Οσο πιο ενεργό ήταν το δίκτυο τόσο πιο πλούσιες ήταν οι ονειροπολήσεις που αναφέρονταν.

Το να ονειροπολεί κανείς ακούγεται ίσως σαν μια νοητική πολυτέλεια, πρόκειται όμως για μια λειτουργία με πολύ σοβαρό σκοπό. Ο κ. Μπάκνερ και ο συνεργάτης του στο Χάρβαρντ Ντάνιελ Γκίλμπερτ θεωρούν ότι αποτελεί το απόλυτο εργαλείο για την ενσωμάτωση των μαθημάτων του παρελθόντος στα σχέδιά μας για το μέλλον. Η ενασχόληση είναι, όπως φαίνεται, τόσο σημαντική ώστε ο εγκέφαλος αφιερώνεται σε αυτή όποτε αυτό είναι δυνατό, διακόπτοντάς τη μόνον όταν αναγκάζεται να διοχετεύσει τα περιορισμένα αποθέματα αίματος, οξυγόνου και γλυκόζης που διαθέτει σε ένα πιο επείγον καθήκον.

Νευρωνικός βιβλιοθηκάριος

Οι συνάψεις των νευρικών κυττάρων, 
όπως εμφανίζονται στη σχηματική
αναπαράσταση, είναι τα σημεία
ανταλλαγής πληροφοριών

Οι συνάψεις των νευρικών κυττάρων, όπως εμφανίζονται στη σχηματική αναπαράσταση, είναι τα σημεία ανταλλαγής πληροφοριών Κάποιοι ερευνητές ωστόσο υποπτεύονται ότι το προκαθορισμένο δίκτυο κάνει και κάτι περισσότερο. Οι υποψίες γεννήθηκαν το 2003, όταν ο Μάικλ Γκρέισιους του Πανεπιστημίου Στάνφορντ μελέτησε το προκαθορισμένο δίκτυο με έναν καινούργιο τρόπο. Εβαλε τους εθελοντές του να ξαπλώσουν σε ηρεμία σε έναν λειτουργικό μαγνητικό τομογράφο και απλώς παρακολούθησε τους εγκεφάλους τους. Ετσι εντόπισε τις λεγόμενες διακυμάνσεις ανάπαυσης βραδέα κύματα νευρωνικής δραστηριότητας τα οποία κινούνται με έναν συντονισμένο τρόπο, συνδέοντας τις περιοχές που αποτελούν το προκαθορισμένο δίκτυο σε ένα συνεκτικό σύνολο. Τα κύματα διαρκούσαν 10 ως 20 δευτερόλεπτα από κορυφή σε κορυφή, ήταν δηλαδή περίπου 100 φορές βραδύτερα από τα τυπικά εγκεφαλικά κύματα που καταγράφονται στο κρανίο κατά τη διάρκεια ενός ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος.

Ως τότε οι επιστήμονες μελετούσαν το προκαθορισμένο δίκτυο με τον παραδοσιακό τρόπο, συγκρίνοντας τομογραφίες που διεξάγονταν σε ανάπαυση με αυτές που διεξάγονταν κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης ενός έργου για να μετρήσουν τις αλλαγές στην εγκεφαλική δραστηριότητα. Η έρευνα του κ. Γκρέισιους έδειξε ότι μπορεί κανείς να «κρυφακούσει» το δίκτυο κάνοντας τομογραφίες σε εθελοντές οι οποίοι είναι απλώς ξαπλωμένοι χωρίς να κάνουν τίποτε. Αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να μελετήσουν το δίκτυο σε ανθρώπους οι οποίοι δεν είχαν καν τις αισθήσεις τους, αποκαλύπτοντας απρόσμενα ευρήματα.

Ο κ. Ρέιτσλ ανέφερε πέρυσι ότι τα κύματα ανάπαυσης του δικτύου συνεχίζονταν σε βαθιά ναρκωμένους πιθήκους σαν να ήταν ξύπνιοι. Πιο πρόσφατα ο κ. Γκρέισιους παρατήρησε ένα ανάλογο φαινόμενο σε ανθρώπους που βρίσκονταν σε ήπια νάρκωση ενώ άλλοι ερευνητές βρήκαν το προκαθορισμένο δίκτυο ενεργό και συγχρονισμένο στα πρώτα στάδια του ύπνου.

Ολα αυτά έρχονταν σε αντίθεση με το συμπέρασμα ότι το προκαθορισμένο δίκτυο χρησιμεύει μόνο για την ονειροπόληση. Το γεγονός ότι το δίκτυο είναι ενεργό στα πρώτα στάδια του ύπνου θα μπορούσε να το συνδέσει με τα πραγματικά όνειρα. Ο κ. Ρέιτσλ ωστόσο υποπτεύεται ότι η νυχτερινή του δραστηριότητα έχει άλλο σκοπό: την ταξινόμηση και τη διατήρηση των αναμνήσεων. Καθημερινά απορροφούμε ένα βουνό από βραχυπρόθεσμες αναμνήσεις, μόνο λίγες όμως από αυτές αξίζουν πραγματικά να προστεθούν στην προσωπική αφήγηση που καθοδηγεί τη ζωή μας.

Ο κ. Ρέιτσλ πιστεύει σήμερα ότι το προκαθορισμένο δίκτυο παίζει ρόλο στην επιλεκτική αποθήκευση και ενημέρωση των αναμνήσεων με βάση τη σημασία τους από μια προσωπική οπτική γωνία- αν είναι καλές, απειλητικές, συναισθηματικά οδυνηρές, και ούτω καθεξής. Για να εμποδίσει τη συσσώρευση μη αποθηκευμένων αναμνήσεων το δίκτυο επιστρέφει σε αυτά τα καθήκοντα όποτε βρει τον χρόνο.

Για να υποστηρίξει αυτή την ιδέα ο ερευνητής υπογραμμίζει ότι το δίκτυο βρίσκεται σε διαρκή συνομιλία με τον ιππόκαμπο. Επίσης καταναλώνει τεράστιες ποσότητες γλυκόζης, σε πολύ μεγάλη δυσαναλογία με την ποσότητα οξυγόνου που χρησιμοποιεί. Ο κ. Ρέιτσλ πιστεύει ότι η επιπλέον γλυκόζη δεν διασπάται για να παράγει ενέργεια αλλά χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για τη σύνθεση αμινοξέων και νευρομεταδοτών που ο εγκέφαλος χρειάζεται για να κατασκευάσει συνάψεις, το βασικό συστατικό των αναμνήσεων. «Το μεγαλύτερο μέρος του κόστους λειτουργίας του εγκεφάλου χρησιμοποιείται σε αυτές τις συνδέσεις» τονίζει.

Ο ρόλος της ασθένειας

Από τη στιγμή που έχει τόσο κεντρικό ρόλο δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι το προκαθορισμένο δίκτυο φαίνεται να εμπλέκεται σε ορισμένες γνωστές ασθένειες του εγκεφάλου. Ο κ. Ρέιτσλ, ο κ. Γκρέισιους και ο κ. Μπάκνερ έχουν διαπιστώσει ότι το πρότυπο δραστηριότητας του δικτύου διακόπτεται σε ασθενείς που πάσχουν από τη νόσο του Αλτσχάιμερ. Εχουν επίσης αρχίσει να παρατηρούν τη δραστηριότητα του δικτύου σε ανθρώπους που παρουσιάζουν προβλήματα μνήμης για να δουν αν θα μπορέσουν να προβλέψουν ποιοι από αυτούς θα αναπτύξουν στη συνέχεια τη νόσο.

Το προκαθορισμένο δίκτυο αποδεικνύεται επίσης ότι είναι διακεκομμένο σε άλλες ασθένειες, όπως η κατάθλιψη, το σύνδρομο ελλειμματικής προσοχής, ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια. Φαίνεται επίσης να παίζει έναν μυστηριώδη ρόλο σε όσους βρίσκονται σε κατάσταση φυτού ύστερα από κάποιο τραύμα στον εγκέφαλο ή κάποιο εγκεφαλικό επεισόδιο. Ο Στίβεν Λόρις, νευρολόγος στο Πανεπιστήμιο της Λιέγης στο Βέλγιο, εξέτασε με λειτουργική μαγνητική τομογραφία τη δραστηριότητα του δικτύου σε τέτοιους ασθενείς. «Βλέπει κανείς πραγματικά το δίκτυο να διακόπτεται καθώς βαθαίνει το κώμα» λέει. Τώρα προσπαθεί να διαπιστώσει αν η δραστηριότητα του δικτύου μπορεί να δείξει αν οι ασθενείς θα ανακτήσουν τις αισθήσεις τους στο μέλλον. «Ελπίζουμε να δείξουμε ότι έχει διαγνωστική αξία» τονίζει.

Ολα αυτά άργησαν να ακολουθήσουν την πρώτη, εκπληκτική παρατήρηση του κ. Σοκόλοφ πριν από 55 χρόνια. Η παρακολούθηση του εγκεφάλου σε ανάπαυση- αντί, όπως συνηθιζόταν, κατά τη διάρκεια που επιτελεί διάφορα έργααποκαλύπτει σήμερα τον πλούσιο εσωτερικό κόσμο των προσωπικών μας στιγμών. Την επόμενη φορά λοιπόν που θα κάθεστε χωρίς να κάνετε τίποτε το ιδιαίτερο θυμηθείτε ότι ο εγκέφαλός σας εξακολουθεί να δουλεύει σκληρά, περιπλανώμενος στις ονειροπολήσεις σας.

© 2009 Νew Scientist Μagazine, Reed Βusiness Ιnformation Ltd."

Πηγή: tovima.gr