Ο ανθρώπινος εγκέφαλος κρύβει ακόμη πολλά μυστικά για το πώς επιλέγει πότε να ξαναφέρνει στο προσκήνιο αποθηκευμένες μνήμες και πότε να ανοίγει χώρο για νέες εμπειρίες. Μια επιστημονική ομάδα έφερε στο φως έναν μηχανισμό-κλειδί που δείχνει πώς τα νευρωνικά κυκλώματα προσαρμόζουν ευέλικτα την επικοινωνία τους, αλλάζοντας ουσιαστικά «γραμμή» ανάλογα με το αν επεξεργάζονται το οικείο ή το άγνωστο.
Η μελέτη, με επικεφαλής τους Claudio Mirasso (Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems - IFISC) και Santiago Canals (Institute for Neurosciences - IN, Universidad Miguel Hernández de Elche), δημοσιεύτηκε στο PLoS Computational Biology και φέρνει νέα δεδομένα στη νευροεπιστήμη. Οι ερευνητές έδειξαν ότι το κλειδί βρίσκεται στην ισορροπία ανάμεσα σε δύο είδη ανασταλτικών κυκλωμάτων, τα οποία ρυθμίζουν την αλληλεπίδραση ανάμεσα σε αργούς ρυθμούς (theta) και ταχύτερους (gamma).
Αυτή η δυναμική δίνει στον εγκέφαλο την ικανότητα να αποφασίζει αν θα αντλήσει πληροφορία από τις αισθήσεις ή αν θα ενεργοποιήσει μνήμες. Ουσιαστικά, πρόκειται για έναν «διακόπτη» που επιτρέπει στα νευρωνικά δίκτυα να επιλέγουν πηγή πληροφορίας ανάλογα με τις ανάγκες της στιγμής.
Για να φτάσουν σε αυτά τα συμπεράσματα, οι επιστήμονες συνδύασαν υπολογιστικά μοντέλα με πειραματικές καταγραφές στον ιππόκαμπο, μια περιοχή καίρια για τη μνήμη και τον προσανατολισμό. Οι παρατηρήσεις έδειξαν δύο διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας:
- Σε γνώριμα περιβάλλοντα, ο εγκέφαλος προτιμά μια «γρήγορη λωρίδα» επικοινωνίας ανάμεσα στον ενδορινικό φλοιό και τον ιππόκαμπο, που ενισχύει την ανάκληση μνήμης.
- Όταν βρεθεί σε άγνωστες καταστάσεις, ενεργοποιείται ένα εναλλακτικό μονοπάτι που συνδυάζει μνήμες με νέες αισθητηριακές εισροές, δίνοντας προτεραιότητα στην επικαιροποίηση της μνήμης.
Αυτός ο ευέλικτος μηχανισμός εξασφαλίζει ότι ο εγκέφαλος δεν εγκλωβίζεται ούτε στο παρελθόν ούτε στη συνεχή υπερφόρτωση από νέες πληροφορίες, αλλά βρίσκει μια ισορροπία.
Μέχρι σήμερα, η επικρατούσα άποψη ήταν ότι οι αργοί ρυθμοί οργανώνουν τη δραστηριότητα των γρήγορων. Όμως η νέα μελέτη δείχνει ότι η σχέση είναι αμφίδρομη. Όπως εξηγεί ο κ. Δημήτριος Χαλκιαδάκης, πρώτος συγγραφέας της έρευνας, η ρύθμιση ανάμεσα σε διαφορετικούς τύπους αναστολής καθορίζει ποια είσοδος θα προτιμηθεί: από μνήμη ή από αισθήσεις.
Η ομάδα περιέγραψε δύο λειτουργικές «λειτουργίες»: στη μία, η προώθηση της πληροφορίας οδηγεί σε αλληλεπιδράσεις gamma προς theta, ενώ στην άλλη, η ανατροφοδότηση δημιουργεί την αντίστροφη σχέση. Το σημαντικό είναι ότι η μετάβαση μεταξύ των δύο γίνεται ομαλά, ανάλογα με τη δύναμη των συνάψεων στο νευρωνικό κύκλωμα.
Τα ευρήματα δεν περιορίζονται στη μνήμη και στον χωρικό προσανατολισμό. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η ευέλικτη αυτή συνεργασία ρυθμών μπορεί να ισχύει και σε άλλες γνωστικές λειτουργίες, όπως η προσοχή. Πρόσφατες μελέτες σε ανθρώπους δείχνουν αντίστοιχα πρότυπα δραστηριότητας, επιβεβαιώνοντας ότι πρόκειται για έναν γενικό μηχανισμό λειτουργίας του εγκεφάλου.
Όπως τονίζει ο Mirasso, τα αποτελέσματα συμβάλλουν στην ενοποίηση διαφορετικών θεωριών για το πώς συνδυάζονται οι εγκεφαλικοί ρυθμοί. Οι ρυθμοί δεν είναι ούτε αποκλειστικά τοπικοί ούτε απλά κληρονομημένοι από προηγούμενες περιοχές, αλλά γεννιούνται από την αλληλεπίδραση εξωτερικών εισόδων με τις τοπικές ανασταλτικές δυναμικές.
Η έρευνα ανοίγει νέες προοπτικές και για την κατανόηση νευρολογικών παθήσεων. Η λεπτή ισορροπία ανάμεσα στις διαφορετικές μορφές αναστολής μπορεί να διαταράσσεται σε περιπτώσεις όπως η επιληψία, ο εθισμός ή η νόσος Alzheimer. Η μελέτη αυτών των δυναμικών σε μηχανιστικό επίπεδο θα μπορούσε να εμπνεύσει νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις, σημειώνουν οι Mirasso και Canals.
Στο μέλλον, η ερευνητική ομάδα σκοπεύει να εμπλουτίσει το μοντέλο της με περισσότερους τύπους νευρώνων και αρχιτεκτονικές που χαρακτηρίζουν διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Έτσι, θα αποκτήσει μια πιο πλήρη εικόνα για το πώς προσαρμόζεται ο εγκέφαλος σε ποικίλες συνθήκες και πώς αυτή η προσαρμοστικότητα καταρρέει σε παθολογικές καταστάσεις.
Η μελέτη υπογραμμίζει πως ο εγκέφαλος δεν λειτουργεί με σταθερά μονοπάτια αλλά με δυναμικά δίκτυα που αλλάζουν ανάλογα με το πλαίσιο. Αυτή η ευελιξία είναι το μυστικό της ανθρώπινης προσαρμοστικότητας, είτε πρόκειται για την ανάκληση μιας παιδικής ανάμνησης είτε για την αντιμετώπιση μιας εντελώς νέας εμπειρίας.
[via]
