Νέα προσέγγιση στην απεικόνιση του εγκεφάλου

Από την ιστοσελίδα του Spin.gr 12 Ιανουαρίου 2002

Όλοι έχουμε δει εικόνες περιοχών του εγκεφάλου που "φωτίζονται" καθώς το άτομο εκτελεί κάποια συγκεκριμένη δραστηριότητα. Οι περισσότερες έχουν δημιουργηθεί μέσω μαγνητικής τομογραφίας (ή fMRI, functional magnetic resonance imaging), μια τεχνική που αποτυπώνει τα επίπεδα οξυγόνου, σημείο προς σημείο στον εγκέφαλο.

Το αυξημένο οξυγόνο αντιστοιχεί όμως πράγματι σε αυξημένη εγκεφαλική δραστηριότητα; Είναι παράξενο, αλλά ως τώρα δεν υπήρχε ουσιαστική απόδειξη γι' αυτό.

Οι πρώτοι που κατάφεραν να παρακολουθήσουν απευθείας τη λειτουργία των νευρώνων ενώ παράλληλα διενεργούσαν fMRI, είναι οι επιστήμονες από το Ινστιτούτο Max Planck για την Βιολογική Κυβερνητική (Tuebingen, Γερμανία), με επικεφαλής τον Έλληνα διευθυντή του Ινστιτούτου, Νίκο Λογοθέτη.

Η ομάδα εργάσθηκε παρουσιάζοντας οπτικά ερεθίσματα σε πιθήκους και παρακολουθώντας τον εγκεφαλό τους με fMRI, ενώ κατέγραφε την ηλεκτρική δραστηριότητα των νευρώνων τους με (ακίνδυνα) ηλεκτρόδια που είχε τοποθετήσει στον φλοιό του εγκεφάλου τους.

Οι ερευνητές συνέκριναν το σήμα fMRI με δύο τύπους ηλεκτρικών σημάτων: τα "τοπικά ηλεκτρικά πεδία" που αφορούν τα μηνύματα που δέχεται ένας νευρώνας ή ανταλλάσσει με άλλους νευρώνες της περιοχής του, και τα "δυναμικά δράσης" που προέρχονται κυρίως από τους πρωτεύοντες νευρώνες και αντιπροσωπεύουν έξοδο σημάτων από την περιοχή.

Και τα δυο σήματα εμφανίζονταν στην περιοχή του φλοιού που αφορά την όραση μέσα σε κλάσμα του δευτερόλεπτου αφ' ότου ξεκινούσε το οπτικό ερέθισμα, ενώ το σήμα fMRI έφθανε σε ουσιαστικά επίπεδα μετά από κάποια δευτερόλεπτα. Τις εντονότερες μεταβολές του σήματος εμφάνισαν τα τοπικά ηλεκτρικά πεδία. Το σήμα τους, και το fMRI παρέμενε υψηλό όσο διαρκούσε το ερέθισμα. Αντίθετα, τα δυναμικά δράσης έπεφταν συχνά στο μηδέν μετά από λίγα δευτερόλεπτα, έστω κι αν το οπτικό ερέθισμα εξακολουθούσε.

Πέρα από τη διαπίστωση ότι υπάρχει πράγματι αντιστοιχία μεταξύ σημάτων fMRI και δραστηριότητας των νευρώνων, ο Νίκος Λογοθέτης υποδεικνύει δύο ακόμα σημαντικά συμπεράσματα της έρευνας. Ότι ο "δείκτης" του οξυγόνου αντιστοιχεί ουσιαστικά σε προ- και μετά-συναπτικά γεγονότα και στην εντατική λειτουργία διάμεσων νευρώνων (κι άρα η εικόνα fMRI δεν αποτυπώνει, όπως πίστευαν πολλοί, την "αποστολή πληροφοριών" σε άλλα μέρη του εγκεφάλου). Και ακόμα, ότι η άμεση μέτρηση της δραστηριότητας των νευρώνων είναι σημαντικά πιο ευαίσθητη (άρα οι δομές του εγκεφάλου που δραστηριοποιούνται μπορεί να είναι περισσότερες από αυτές που εμφανίζονται σε μια απεικόνιση fMRI).

"Η εργασία των Λογοθέτη κ.ά. είναι έξοχη όχι μόνο για το βάθος και την εμβρίθεια με την οποία προσεγγίζει κάποια σημαντικά ερωτήματα [...] αλλά επίσης για την σαφήνεια με την οποία φέρνει στο προσκήνιο ερωτήσεις που χρήζουν απαντήσεων", σχολιάζει το περιοδικό Nature.

Ένα τέτοιο ερώτημα αφορά τις ακριβέστερες αντιστοιχίες ανάμεσα σε νευρωνικές δραστηριότητες και την απεικόνισή τους με fMRI. Επίσης, τα πειράματα έγιναν με αναισθητοποιημένους πιθήκους (ο εγκεφαλικός φλοιός εξακολουθεί να επεξεργάζεται εικόνες). Τα αποτελέσματα ίσως είναι διαφορετικά σε μη αναισθητοποιημένα ζώα.

Ήδη ο Νίκος Λογοθέτης σχεδιάζει να αναπτύξει απεικονιστικές τεχνικές βασισμένες σε κρισιμότερα μόρια όπως π.χ. το ασβέστιο, που ξεκινά νευρωνικά μηνύματα. Την προσπάθεια θα στηρίξει το Ίδρυμα Max Planck το οποίο έχει ζητήσει από τον Έλληνα επιστήμονα να διευθύνει το νέο κέντρο έρευνας για την απεικόνιση του εγκεφάλου, που θα δημιουργήσει στο Tuebingen.