Τομή στην έρευνα του εγκεφάλου: Γερμανός ερευνητής ανακαλύπτει το σύστημα πλοήγησης του μυαλού
Ο εγκέφαλός μας δεν μας βοηθάει απλώς να πλοηγηθούμε στον πραγματικό κόσμο, αλλά λειτουργεί και σαν ένα εσωτερικό σύστημα πλοήγησης, υποστηρίζει ο νευροεπιστήμονας καθηγητής Christian Doeller, ο οποίος βραβεύτηκε πρόσφατα με το βραβείο Leibniz, αξίας 2,5 εκατομμυρίων ευρώ, για την πρωτοποριακή του έρευνα.
Ο ψυχολόγος καθηγητής Dr. Christian Doeller, από το Ινστιτούτο Max Planck για τις ανθρώπινες γνωστικές και εγκεφαλικές επιστήμες, εφαρμόζει καινοτόμες μεθόδους, παρακινώντας φοιτητές στη Λειψία να παίζουν ηλεκτρονικά παιχνίδια μέσα σε μαγνητικό τομογράφο (scanner) για να διερευνήσει τις λειτουργίες του εγκεφάλου τους. Σε ρόλο «επιζώντων» πειραμάτων, οι φοιτητές χρησιμοποιούν ένα πληκτρολόγιο για να πλοηγηθούν ή να λάβουν αποφάσεις.
Η ομάδα του Doellerlab, υπό την καθοδήγηση του νευροεπιστήμονα, επιδιώκει να ανακαλύψει τις θεμελιώδεις αρχές κωδικοποίησης του εγκεφάλου που καθιστούν δυνατή την ανθρώπινη σκέψη.
Ο Doeller περιγράφει το παιχνίδι που βλέπουν οι συμμετέχοντες στην οθόνη πίσω από τον μαγνητικό τομογράφο: «Είναι οδηγοί ταξί, για παράδειγμα, και πρέπει να μεταφέρουν έναν επιβάτη από το σημείο Α στο σημείο Β. Καθώς εκτελούν αυτήν την εργασία, μετράμε παράλληλα την εγκεφαλική τους δραστηριότητα».
Όσο οι συμμετέχοντες οδηγούν στην εικονική πόλη, ο εγκέφαλός τους λειτουργεί ως σύστημα πλοήγησης. «Οι συμμετέχοντες με υψηλές επιδόσεις στην πλοήγηση, δηλαδή αυτοί που πλοηγούνται σωστά σε 10 από τις 10 εικονικές διαδρομές και βρίσκουν πάντα τη συντομότερη διαδρομή, παρουσιάζουν την υψηλότερη εγκεφαλική δραστηριότητα».
Ο εγκέφαλος ως σύστημα πλοήγησης ή ως «κουτί σημειώσεων»
Σύμφωνα με τον καθηγητή Doeller, τα εγκεφαλικά συστήματα που διευκολύνουν την πλοήγηση είναι υπεύθυνα για την οργάνωση της μνήμης, της μάθησης και της γνώσης, κατά τρόπο παρόμοιο με ένα σύστημα πλοήγησης. «Αν θυμάστε τα σχολικά σας χρόνια: οι κάρτες ευρετηρίου ήταν επίσης χωρικά οργανωμένες για να ταξινομούνται οι όροι. Ο χώρος είναι ένα εξαιρετικό μέσο για την απεικόνιση πραγμάτων, είτε είναι κοντά είτε μακριά, με βάση την ομοιότητα και τη διαφοροποίησή τους».
Ο κοινωνιολόγος Niklas Luhmann είχε δηλώσει κάποτε ότι το κουτί στο οποίο οργάνωνε τις 90.000 χειρόγραφες σημειώσεις του ήταν η αντανάκλαση του εγκεφάλ του. Το «κουτί σημειώσεων» του Luhmann αναλύεται ακόμη και σήμερα στο Πανεπιστήμιο του Bielefeld.
Ο νευροεπιστήμονας Doeller επισημαίνει ότι το σύστημα πλοήγησης του εγκεφάλου είναι κρίσιμο για την απομνημόνευση πληροφοριών. «Αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά που χρησιμοποιείτε μια χωρική στρατηγική για να οργανώσετε πληροφορίες, να τοποθετείτε άρθρα εφημερίδων σε διαφορετικές θέσεις στο γραφείο σας, κ.λπ., αυτό το σύστημα πλοήγησης είναι σίγουρα ενεργό».
Πολύ πριν εστιάσει στην πλοήγηση, ο ψυχολόγος είχε σημειώσει μια σημαντική ερευνητική επιτυχία το 2010 με την ανακάλυψη των λεγόμενων «κυττάρων πλέγματος» (grid cells). Η αρχή των κυττάρων πλέγματος είχε ήδη τεκμηριωθεί σε τρωκτικά. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, ο Doeller και οι συνεργάτες του εντόπισαν ένα σήμα λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI) που αντιστοιχούσε στη θέση ενός συμμετέχοντα σε ένα περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας και πληρούσε τα κριτήρια για τον ορισμό της κωδικοποίησης των κυττάρων πλέγματος. Σύμφωνα με τη μελέτη, οι άνθρωποι φαίνεται να αναπαριστούν τη θέση και τη χωρική αντίληψη με τρόπο που είναι εξαιρετικά παρόμοιος με αυτόν των τρωκτικών.
Στο μεταξύ, αρουραίοι και ποντίκια εξερευνούν επίσης την εικονική πραγματικότητα, δεμένοι σε περιστρεφόμενες μπάλες ή σφαίρες, όπως εξηγεί ο Doeller.
«Το κύριο ερευνητικό ερώτημα που μας απασχολεί, τόσο τώρα όσο και μακροπρόθεσμα, είναι εάν αυτό το εγκεφαλικό σύστημα πλοήγησης δεν είναι απλώς σημαντικό για να βρίσκουμε τον δρόμο μας από το σημείο Α στο σημείο Β σε μια πόλη, αλλά και για την εκτέλεση άλλων γνωστικών εργασιών. Για παράδειγμα, την εκμάθηση εννοιών και τη δημιουργία νέας γνώσης».
Ο καθηγητής Doeller και η ομάδα του στοχεύουν να διαπιστώσουν σε ποιο βαθμό άλλες γνωστικές λειτουργίες, όπως ο έλεγχος της δράσης, η λήψη αποφάσεων και η απόκτηση νέων εννοιολογικών γνώσεων, μπορούν να αποδοθούν στις θεμελιώδεις αρχές της υπόθεσής τους σχετικά με το σύστημα πλοήγησης.
2,5 εκατομμύρια ευρώ για νέα έργα χάρη στο βραβείο Leibniz
Με τη χρήση σύγχρονων απεικονιστικών τεχνικών, όπως η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) και η μαγνητοεγκεφαλογραφία (MEG), ο Christian Doeller έχει αποκτήσει κρίσιμες γνώσεις για τη λειτουργία του εγκεφάλου. Η πρόσφατη βράβευσή του με το βραβείο Gottfried Wilhelm Leibniz, αξίας 2,5 εκατομμυρίων ευρώ, θα του επιτρέψει να χρηματοδοτήσει νέα, φιλόδοξα ερευνητικά έργα.
Με αυτό το εντυπωσιακό ποσό, ο καθηγητής Doeller θα μπορέσει να ερευνήσει περαιτέρω τις πιο σύνθετες πτυχές του εγκεφάλου. Ένα από τα κύρια ενδιαφέροντά του είναι η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται την κοινωνική αλληλεπίδραση, παρατηρώντας δύο συμμετέχοντες σε μια κοινή διαδικασία γνωστικής μάθησης.
«Είναι τεχνικά εξαιρετικά περίπλοκο, επειδή οι δύο συμμετέχοντες επιλύουν μια διαδραστική εργασία. Και, φυσικά, ο συγχρονισμός των δύο σαρωτών είναι πρόκληση, καθώς και οι δύο συμμετέχοντες εκτελούν ταυτόχρονα το γνωστικό έργο και στους δύο σαρωτές κατά τη διάρκεια αυτής της μελέτης», εξηγεί ο νευροεπιστήμονας.
Το Ινστιτούτο Max Planck για τις ανθρώπινες γνωστικές και εγκεφαλικές επιστήμες συμμετέχει επίσης σε κλινικές μελέτες, όπως την έρευνα για τα πρώιμα στάδια της νόσου Alzheimer ή με ασθενείς που πάσχουν από Long Covid. Τα ευρήματα αυτών των μελετών δεν έχουν δημοσιευθεί ακόμη.