Η Δαρβίνεια Μηχανή του Εγκεφάλου

Πηγή: Los Angeles Times, Ιούνιος 2006

Επιστήμονες βρίσκουν αποδείξεις για μια διαρκή εξελικτική μάχη στον εγκέφαλο. Η διαδικασία που υποψιάζονται είναι το κλειδί για την προσωπικότητα του ανθρώπου. Γιατί κανένας ανθρώπινος εγκέφαλος δεν είναι ο ίδιος, παρά τις γενικές ομοιότητες στην ανατομία τους. Σήμερα γνωρίζουμε ότι τα εγκεφαλικά κύτταρα εξελίσσονται και αλλάζουν με κάθε νέα εμπειρία στη ζωή μας.

Δύο ερευνητές στο Ίδρυμα Βιολογικών Σπουδών στο Salk της Καλιφόρνιας  που αποτελούν και ζευγάρι στη ζωή, ο Alysson Muotri βραζιλιάνος βιολόγος ειδικός για τον καρκίνο 31 ετών, και η γυναίκα του Maria Marchetto 28 ετών, κυνηγούσαν για μια αδιόριστη ακολουθία του DNA κρυμμένη στα κύτταρα που κληρονομούνται σε κάθε άνθρωπο. Ο σκοπός τους ήταν να μάθουν γιατί υπάρχουν άπειρες εκδοχές ενός ανθρώπινου εγκεφάλου. Ποιές είναι οι τελικά οι διαφορές που έχουν δύο εγκέφαλοι.

Τελικά, κοιτώντας διαφάνειες που είχαν τραβήξει από ιστούς του εγκεφάλου βρήκαν κάποιο κρυμμένο σκέλος του DNA και ανακάλυψαν πως αυτή η αλληλουχία του DNA κυνηγά τα αναπτυσσόμενα κύτταρα του εγκεφάλου και δρα όπως ένας ιός, αλλάζοντας αυθαίρετα τη γενετική τους σύνθεση.  Κατ' αυτό τον τρόπο, αυτό ίσως να είναι εν μέρει υπεύθυνο για την άπειρη ποικιλία του μυαλού.

Στις δημόσιες συζητήσεις που γίνονται πάνω στα δόγματα των δημιουργιστών, οι εξελικτικοί βιολόγοι συχνά πιέζονται να εξηγήσουν πώς η φύση θα μπορούσε να φτιάξει κάτι τόσο περίπλοκο όσο ο ανθρώπινος εγκέφαλος. Ούτε ο Alfred Wallace, ο βιολόγος του 19ου αιώνα που ανακάλυψε τη φυσική επιλογή με τον Κάρολο Δαρβίνο, δεν θα μπορούσε να δεχτεί ότι ένα τέτοιο προσαρμοστικό όργανο της εκμάθησης και της σκέψης θα μπορούσε να προκύψει από τη δοκιμασία, το πείραμα, και το λάθος.

Ούτε δύο εγκέφαλοι είναι πανόμοιοι, παρά τη γενική ανατομική ομοιότητά τους. Κάθε εγκέφαλος αλλάζει καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής, αλλάζοντας με την εμπειρία και τη γήρανση. Ακόμη και οι απλούστερες διανοητικές δραστηριότητες, όπως η προσοχή ενός κινούμενου σημείου, μπορούν να εμπλέκουν ελαφρώς διαφορετικές περιοχές στους εγκεφάλους διαφορετικών ανθρώπων, όπως παρουσιάζουν οι μελέτες.

Οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει ότι κάτω από κάθε προσωπική διαφορά στη σκέψη, την διάθεση και τη δυνατότητα του εγκεφάλου, κρύβεται μια καταπληκτική ποικιλία των κυττάρων του εγκεφάλου,

Μερικοί νευρώνες πυροδοτούνται μόνο όταν αντιλαμβάνονται μια κάθετη ευθεία  γραμμή, άλλοι όταν εκτίθενται σε μια σωστή γωνία. Μερικοί αποκρίνονται σε συγκινήσεις σε μια έκφραση του προσώπου ή στα κοινωνικά συνθήματα. Άλλοι διατηρούν μια μνήμη μακροχρόνια, αφότου ήδη έχει εξασθενίσει η συνειδητή ανάμνηση.

Για να αποκριθεί κάθε ένα από αυτά τα κύτταρα τόσο επιλεκτικά στην εμπειρία, πρέπει να μεταβάλλεται από τους γείτονές του, τόσο μοναδικά όσο κι ένα πρόσωπο σε ένα πλήθος.

Αλλά τι θα μπορούσε να παραγάγει μια τέτοια ποικιλομορφία στα κύτταρα του εγκεφάλου;

Εάν η υποψία του Alysson Muotri ήταν σωστή, τότε μια ειδική σειρά βιοχημικών ουσιών ανάγκαζε τα δισεκατομμύρια των νευρώνων στον εγκέφαλο κάθε ατόμου να αναπτυχθεί με ευδιάκριτα διαφορετικούς τρόπους, έτσι ώστε ακόμη και οι μονογενείς δίδυμοι να μπορούν να αναπτύξουν το δικό τους νου.

Οι Muotri και Marchetto έψαξαν στις έρευνες τους εκατοντάδες φωτογραφικών διαφανειών για οποιοδήποτε σημάδι που θα έδειχνε ότι η ακολουθία του DNA είχε αλλάξει κύτταρα εγκεφάλου. Κάθε δείγμα ιστού ήθελε μια ώρα ανάλυσης κάτω από το υπεριώδες φως.

Σε κάθε ανθρώπινο εγκέφαλο, υπάρχουν τόσοι νευρώνες όσοι είναι και οι γαλαξίες στο γνωστό κόσμο - περίπου 100 δισεκατομμύρια - με 10.000 διαφορετικούς τύπους κυττάρων που 'υφαίνονται' σε έναν τρισδιάστατο τάπητα, με τρισεκατομμύρια νευρωνικές διασυνδέσεις. Το καθένα από αυτά παίζει τον ρόλο του στη ζωή μας. Οι μνήμες αποτελούνται από αυτή την φαιά ύλη. Το ίδιο και η φαντασία και η έμπνευση.

Ηλεκτροχημικά ρεύματα ευφυΐας και συναισθήματος διατρέχουν τους ζωντανούς λαβυρίνθους των νευρώνων με μια ταχύτητα 350 χιλιομέτρων την ώρα. Όταν μπλοκάρονται αλλάζουν πορεία ή παθαίνουν βλάβη, και τότε οι ικανότητές μας ατροφούν και η προσωπικότητά μας αποσυντίθεται.

Εξετάζοντας τη ζωή και το θάνατο αυτών των κυττάρων, οι ερευνητές ελπίζουν να μάθουν πώς μια βιοχημική διαδικασία γεννά την σκέψη.

Έτσι, ανάμεσα στα μόρια της πνευματικής ζωής, βρίσκουν σημάδια της εξελικτικής μάχης για επιβίωση.

Όταν το έμβρυο βρίσκεται στη μήτρα, τα εγκεφαλικά κύτταρα αυξάνονται με ρυθμό 250.000 το λεπτό. Και ο αριθμός τους διπλασιάζεται μετά τη γέννα. Στην ηλικία των 3 ετών ο εγκέφαλος του παιδιού κατά μέσο όρο έχει διπλάσιους νευρώνες και νευρωνικές συνδέσεις, καθώς και τη διπλάσια ενέργεια από έναν ενήλικο.

Μέσα στα αναπτυσσόμενα κυκλώματα του εγκεφάλου, οι νευρώνες και οι νευρικές συνάψεις συναγωνίζονται για αισθητήρια διέγερση - δηλαδή την ηλεκτρική ενέργεια που προκαλούν οι αισθήσεις: η αφή, η γεύση, η ακοή και η όσφρηση. Μερικοί νευρώνες αναπτύσσονται και τα καταφέρνουν πολύ καλά, ενώ άλλοι ατροφούν κατά την έκθεσή τους στις διαδικασίες της ζωής και καταστρέφονται με ρυθμούς χιλιάδων ανά δευτερόλεπτο.

Μέχρι να ενηλικιωθεί το άτομο, έχουν πεθάνει περισσότεροι από τους μισούς νευρώνες που είχε στην παιδική του ηλικία.

Μέσα στη Δαρβίνεια μηχανή του εγκεφάλου, επομένως, ο αγώνας για την επιβίωση των νευρώνων και των συνάψεων διαρκεί ολόκληρη τη ζωή.

Σε αυτόν τον ανταγωνισμό, οι δυνάμεις της παραλλαγής και της επιλογής που παίζουν το ρόλο του γλύπτη κάθε εγκεφάλου, νευρώνα από νευρώνα, δημιουργούν τη βιολογική αλήθεια της προσωπικότητας.

"Οι νευρώνες δεν είναι ποτέ ίδιοι", εξηγεί ο Muotri. "Είναι όλοι τους ελαφρώς διαφορετικοί."

Και πριν από λίγα χρόνια οι επιστήμονες ήταν σίγουροι ότι ο εγκέφαλος έχανε γρήγορα την ικανότητά του να παράγει νέους νευρώνες. Αλλά την τελευταία δεκαετία, ερευνητικές ομάδες στο Ινστιτούτο Βιολογικών Σπουδών Salk με επικεφαλής τον Fred W. Gage και στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον με την Elizabeth Gould απέδειξαν ότι ακόμα και μεσήλικοι μπορούν να παράγουν χιλιάδες νέους νευρώνες κάθε μέρα σε περιοχές του εγκεφάλου που είναι σημαντικές στη μάθηση και τη μνήμη.

Για πολλά χρόνια οι επιστήμονες είχαν πειστεί ότι τα γονίδια καθόριζαν τα πάντα για τον εγκέφαλο. Αλλά όταν οι ερευνητές αποκωδικοποίησαν το ανθρώπινο γονιδίωμα πριν από τρία χρόνια, αυτοί ανακάλυψαν ότι περιέχει μόνο 25.000 γονίδια, και όχι 100.000 όπως είχαν προβλέψει.

Κάτι που σημαίνει ότι λιγότερο από το 3% του γονιδιώματος περιέχει λειτουργικά γονίδια. Ο αριθμός τους είναι πολύ μικρός για να ελέγχουν τόσα διαφορετικά εγκεφαλικά κύτταρα και συνάψεις.

Δεν είχαν όμως οι επιστήμονες αρκετές πληροφορίες για το τι μπορεί να δημιουργεί τόσα πολλά διαφορετικά κύτταρα και συνάψεις στον εγκέφαλο.

Κάτι άλλο έπρεπε να συμβαίνει. Αλλά τι να ήταν;

Ο Gage μαζί με τον Muotri πιστεύουν ότι μία συγκεκριμένη ακολουθία του DNA, ένα κομμάτι του γονιδιώματος που έχουν εντοπίσει, παίζει κρυφό αλλά τεράστιο ρόλο στον έλεγχο των νευρώνων.

Δεν είναι ακριβώς γονίδιο αλλά προάγγελός του και κινείται πάνω κάτω στη διπλή έλικα του DNA, από όπου εισβάλλει στη γενετική μας δομή. Κάποια στιγμή η μετάλλαξη αυτή μεγάλωσε τόσο ώστε έφτασε να καταλαμβάνει το ένα πέμπτο ενός κυττάρου. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν πως αλλάζει σημαντικά τη συμπεριφορά των αναπτυσσόμενων εγκεφαλικών κυττάρων.

"Ίσως αναγκάζει τους νευρώνες να διαφοροποιούνται τόσο όσο χρειάζεται για να προσαρμόζεται ο εγκέφαλος σε ό,τι μας συμβαίνει στη ζωή", εξηγεί ο Gage.