Επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ο εγκέφαλος δεν ξεκινά κενός, αλλά γεμάτος
Φανταστείτε ένα καθαρό λευκό χαρτί. Ξεκινάτε να γράφετε πάνω του, γεμίζοντάς το σταδιακά με πληροφορίες. Αυτή η ιδέα αντικατοπτρίζει την έννοια της tabula rasa, ή της “κενής πλάκας”.
Τώρα φανταστείτε μια σελίδα που έχει ήδη σημάδια πάνω της. Οποιεσδήποτε νέες πληροφορίες πρέπει να ταιριάζουν γύρω ή να αντικαθιστούν ό,τι υπάρχει ήδη. Αυτό αντιπροσωπεύει την tabula plena, ή τη “γεμάτη πλάκα”.
Αυτή η μακροχρόνια συζήτηση τίθεται το ερώτημα αν ξεκινούμε τη ζωή με τα πάντα προκαθορισμένα ή αν οι εμπειρίες μας διαμορφώνουν ποιοι γινόμαστε. Στη βιολογία, αυτό το ερώτημα εμφανίζεται ως η ισορροπία μεταξύ γενετικών οδηγιών και περιβαλλοντικών επιρροών που διαμορφώνουν την ανάπτυξη.
Η ερευνητική ομάδα του ISTA εφάρμοσε αυτή την ιδέα στον ιππόκαμπο, ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη μνήμη και τη χωρική αντίληψη. Ήθελαν να κατανοήσουν πώς το εσωτερικό του δίκτυο αλλάζει μετά τη γέννηση και αν συμπεριφέρεται περισσότερο σαν κενή ή γεμάτη πλάκα.
Μελέτη του Δικτύου Μνήμης του Εγκεφάλου
Οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν σε ένα βασικό κύκλωμα του ιππόκαμπου που αποτελείται από πυραμιδικά νευρώνια CA3. Αυτά τα κύτταρα είναι κρίσιμα για την αποθήκευση και ανάκληση αναμνήσεων. Βασίζονται στην πλαστικότητα, την ικανότητα του εγκεφάλου να προσαρμόζεται ενισχύοντας ή αποδυναμώνοντας τις συνδέσεις ή αλλάζοντας τη δομή.
Ο απόφοιτος του ISTA Victor Vargas-Barroso μελέτησε εγκεφάλους ποντικών σε τρία στάδια ανάπτυξης: νωρίς μετά τη γέννηση (ημέρα 7-8), εφηβεία (ημέρα 18-25) και ενηλικίωση (ημέρα 45-50).
Για να εξετάσει πώς λειτουργούν αυτά τα δίκτυα, χρησιμοποίησε την τεχνική patch-clamp, η οποία μετρά μικροσκοπικά ηλεκτρικά σήματα μέσα σε συγκεκριμένα μέρη των νευρώνων, συμπεριλαμβανομένων των προσυναπτικών τερμάτων και των δενδριτών. Η ομάδα χρησιμοποίησε επίσης προηγμένες μεθόδους απεικόνισης και μεθόδους που βασίζονται σε λέιζερ για να παρατηρήσει τη δραστηριότητα μέσα στα κύτταρα και να ενεργοποιήσει με ακρίβεια μεμονωμένες νευρικές συνδέσεις.
Από Πυκνό και Τυχαίο σε Βελτιωμένο και Αποτελεσματικό
Τα ευρήματα αποκάλυψαν ένα εκπληκτικό μοτίβο. Νωρίς στην ανάπτυξη, το δίκτυο CA3 είναι εξαιρετικά πυκνό, με συνδέσεις που φαίνονται σε μεγάλο βαθμό τυχαίες. Καθώς ο εγκέφαλος ωριμάζει, αυτό το δίκτυο γίνεται λιγότερο πολυσύχναστο αλλά πιο οργανωμένο και αποτελεσματικό.
“Αυτή η ανακάλυψη ήταν αρκετά εκπληκτική”, λέει ο Jonas. “Ενστικτωδώς, θα μπορούσε κανείς να περιμένει ότι ένα δίκτυο μεγαλώνει και γίνεται πιο πυκνό με την πάροδο του χρόνου. Εδώ, βλέπουμε το αντίθετο. Ακολουθεί αυτό που ονομάζουμε μοντέλο κλαδέματος: ξεκινά γεμάτο, και στη συνέχεια γίνεται απλοποιημένο και βελτιστοποιημένο.”
Γιατί ο Εγκέφαλος Ξεκινά Γεμάτος
Οι ερευνητές εξακολουθούν να διερευνούν γιατί συμβαίνει αυτό το μοτίβο. Ο Jonas προτείνει ότι η έναρξη με ένα δίκτυο με πολλές συνδέσεις μπορεί να επιτρέπει στους νευρώνες να συνδεθούν γρήγορα, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό στον ιππόκαμπο. Αυτή η περιοχή πρέπει να συνδυάζει διαφορετικούς τύπους πληροφοριών, συμπεριλαμβανομένων εικόνων, ήχων και μυρωδιών, σε συνεκτικές αναμνήσεις.
“Αυτή είναι μια πολύπλοκη εργασία για τους νευρώνες”, εξηγεί ο Jonas. “Μια αρχικά πλούσια συνδεσιμότητα, ακολουθούμενη από επιλεκτικό κλάδεμα, μπορεί να είναι ακριβώς αυτό που επιτρέπει αυτήν την ενσωμάτωση.”
Αν ο εγκέφαλος ξεκινούσε ως μια αληθινή tabula rasa, χωρίς ενσωματωμένες συνδέσεις, οι νευρώνες θα έπρεπε πρώτα να εντοπίσουν και να συνδεθούν μεταξύ τους. Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να επιβραδύνει την επικοινωνία και να μειώσει την αποτελεσματικότητα, καθιστώντας δυσκολότερη τη αποτελεσματική διαμόρφωση αναμνήσεων.
Συνολικά, τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι ο εγκέφαλος ξεκινά όχι ως κενή πλάκα, αλλά ως ένα πλούσια συνδεδεμένο δίκτυο που γίνεται πιο ακριβές με την πάροδο του χρόνου, κόβοντας άχρηστους συνδέσμους.