ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ

  Άνθρωπος, το «δημιούργημα»

1.

 Η μηχανή της μνήμης και της λήθης

Η ικανότητα του εγκεφάλου μας να σχηματίζει νέα μνημονικά αποτυπώματα και να διατηρεί τα παλιά εξαρτάται από τη λεγόμενη «συναπτική πλαστικότητα», από τη δυνατότητα δηλαδή του νευρικού συστήματος να δημιουργεί νέες συνάψεις μεταξύ των νευρώνων του (μνήμη) ή να εξαλείφει παλαιότερες (λήθη).

Σε κάθε ιστορική εποχή, για να περιγράψουν τις, εν πολλοίς, ακατανόητες μνημονικές τους ικανότητες οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν παρομοιώσεις και μεταφορές τις οποίες εμπνέονταν από την τεχνολογία αιχμής της εποχής. Για παράδειγμα, οι αρχαίοι Eλληνες πίστευαν ότι οι μνήμες «αποτυπώνονται» μέσα μας όπως τα ίχνη μιας γραφίδας πάνω σε μια πλάκα από κερί. Τον Μεσαίωνα η κυρίαρχη τεχνολογική μεταφορά για τη μνήμη ήταν η περγαμηνή, ενώ μετά την επινόηση της τυπογραφίας έβλεπαν τη μνήμη σαν ένα τυπωμένο βιβλίο.

Στη νεωτερική εποχή της τεχνοεπιστημονικής αυθεντίας η μνήμη μετατρέπεται σε «μηχανή» και οι τεχνολογικές μεταφορές για την περιγραφή της γίνονται διαδοχικά η φωτογραφική μηχανή, η κινηματογραφική μηχανή και πιο πρόσφατα ο σκληρός δίσκος των ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Μάλιστα, αυτή η τελευταία εξομοίωση της ανθρώπινης μνήμης με τον σκληρό δίσκο των υπολογιστών φαίνεται πια τόσο προφανής και έχει διεισδύσει στη σκέψη της εποχής μας σε τέτοιο βαθμό ώστε θεωρείται πλέον όχι μόνο δόκιμο αλλά σχεδόν επιβεβλημένο για τις βιοϊατρικές επιστήμες να «μεταφράζουν» τις κατακτήσεις τους στην ορολογία της Πληροφορικής.

Από τη βραχύχρονη στη μακρόχρονη μνήμη

Δεν θα πρέπει λοιπόν να μας ξενίζει το γεγονός ότι οι περισσότεροι ειδικοί σήμερα μιλάνε -με περισσή ίσως ευκολία- για «κωδίκευση», «εγγραφή» και «ανάκτηση» πληροφοριών όταν περιγράφουν τις, κατά τα άλλα, βιολογικές διεργασίες της μνήμης. Oταν δηλαδή αντιμετωπίζουν μια αυτόνομη και αυτοποιητική ζωική λειτουργία ως ετερόνομη και ετεροποιητική υπολογιστική διεργασία.

Πάντως, η βιωματική εικόνα που οι περισσότεροι από εμάς έχουν αναφορικά με τη λειτουργία της μνήμης δεν θυμίζει επ’ ουδενί τις παθητικές καταγραφές μιας φωτογραφικής ή κινηματογραφικής μηχανής, ή ενός προσωπικού ημερολογίου. Ακόμη λιγότερο δε, τις ψηφιακές εγγραφές πληροφοριών στον σκληρό δίσκο (hard disk) ενός υπολογιστή.

Αντίθετα, είμαστε βέβαιοι ότι πρόκειται για μία, ταυτοχρόνως, βιολογική και νοητική ικανότητα αποτύπωσης των σχέσεών μας με τον κόσμο: ένα εύπλαστο και εύθραυστο δίκτυο «δια-συνδέσεων» μεταξύ προσώπων και αντικειμένων. Κάτι που εξάλλου επιβεβαιώνεται και από πλήθος ιατρικών παρατηρήσεων: ασθενείς οι οποίοι, εξαιτίας μιας νευρολογικής ασθένειας ή ενός σοβαρού ατυχήματος, έχουν απολέσει μεγάλο μέρος των μνημονικών τους ικανοτήτων χάνουν επίσης και κάθε δυνατότητα «σχέσης» και νοητικής «επαφής» με τον κόσμο που τους περιβάλλει.

Oπως είδαμε στα δύο προηγούμενα άρθρα μας, τα πολυποίκιλα μνημονικά φαινόμενα υπήρξαν κατά το παρελθόν αντικείμενο έρευνας πολλών φιλοσόφων και γιατρών. Μόνο, ωστόσο, κατά τα τέλη του 19ου αιώνα ξεκίνησε η συστηματική πειραματική διερεύνηση της ανθρώπινης μνήμης.

Πρωτοπόρος στη διερεύνηση των ψυχολογικών μηχανισμών της μνήμης, και κυρίως της λήθης, θεωρείται ο Χέρμαν Eμπινγκχαουζ (Hermann Ebbinghaus 1850-1909). Eκτοτε, έχει συσσωρευτεί ένας τεράστιος όγκος πειραματικών και θεωρητικών δεδομένων που αφορούν τόσο τις ψυχολογικές όσο και τις νευροβιολογικές πτυχές αυτής της σύνθετης εγκεφαλικής-νοητικής λειτουργίας.

Οι περισσότεροι άνθρωποι εξακολουθούν να πιστεύουν πως η μνήμη «τους» είναι ένα ενιαίο φαινόμενο, αν και από όλες τις σχετικές έρευνες προκύπτει ότι στην πραγματικότητα η μνήμη μας συγκροτείται από δύο ξεχωριστά μνημονικά συστήματα: το πρωτογενές σύστημα της «βραχύχρονης μνήμης» και το δευτερογενές σύστημα της «μακρόχρονης μνήμης». Το κάθε μνημονικό σύστημα επιτελεί διαφορετικές μνημονικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε διαφορετικές δομές του εγκεφάλου μας.

Σε τι διαφέρει άραγε αυτή η σύγχρονη επιστημονική διάκριση μεταξύ πρωτογενούς-δευτερογενούς μνήμης από τη μεταφυσική διάκριση μεταξύ μνήμης-αναμνήσεως την οποία πρώτος εισηγήθηκε ο Πλάτων πριν από δύο χιλιετίες στον διάλογό του «Φίληβος»;

Η καλύτερη απάντηση σε αυτήν την εύλογη απορία είναι αυτή που έδωσε ο διεθνούς φήμης ερευνητής της μνήμης και των δυσλειτουργιών της Ανδρέας Κ. Παπανικολάου σε ένα πολύ ενδιαφέρον κείμενό του. Στο πρώτο κεφάλαιο του βιβλίου «Οι Αμνησίες», που κυκλοφορεί από τις Παν. Εκδ. Κρήτης, υποστηρίζει χωρίς περιστροφές: «Βέβαια, τα δύο αυτά συστήματα [της πρωτογενούς και της δευτερογενούς μνήμης] είχαν ήδη αναγνωριστεί και ονομαστεί σαφώς λιτότερα, αν όχι προσφυέστερα, από τον Πλάτωνα μνήμη και ανάμνησις, αντιστοίχως.»!

Παρ’ όλα αυτά, σύμφωνα με τη σύγχρονη επιστημονική περιγραφή των μνημονικών φαινομένων, η «βραχύχρονη μνήμη» (πρωτογενές σύστημα) ισοδυναμεί με την πρόσκαιρη ενδυνάμωση ενός νευρωνικού κυκλώματος και διαρκεί μερικά λεπτά ή λίγες ώρες, ενώ για τη «μακρόχρονη μνήμη» (δευτερογενές σύστημα) απαιτείται η σταθερή ενδυνάμωση, συνήθως μέσω της επανάληψης των ίδιων ερεθισμάτων, των συνάψεων του νευρωνικού κυκλώματος της βραχύχρονης μνήμης.

Πάντως οι επιμέρους διεργασίες του καθενός από αυτά τα δύο μνημονικά συστήματα εμπλέκουν πάντα ευρύτερες εγκεφαλικές δομές, αν όχι το σύνολο του εγκεφάλου, γεγονός που καθιστά εξαιρετικά δύσκολη κάθε προσπάθεια αυστηρού εντοπισμού των μνημονικών διεργασιών και του τόπου αποθήκευσης κάθε μεμονωμένου μνημονικού αποτυπώματος.

Σήμερα, ωστόσο, γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι το πέρασμα από την πρόσκαιρη βραχύχρονη μνήμη στη μονιμότερη μακρόχρονη μνήμη προϋποθέτει μια σειρά από διεργασίες νευρωνικής ενεργοποίησης, τις οποίες η Νευροεπιστήμη περιγράφει ως «μακρόχρονη διευκόλυνση» (Long-term facilitation) και ως «μακρόχρονη ενδυνάμωση» (LTP: Long-term potentiation).

Αυτές ακριβώς οι διεργασίες οδηγούν στην αύξηση της συνδετικότητας, δηλαδή της συναπτικής ισχύος, μεταξύ των επιμέρους νευρώνων που συναποτελούν ένα εγκεφαλικό κύκλωμα το οποίο, εφόσον διατηρηθεί για λίγο ενεργοποιημένο, λειτουργεί ως βραχύχρονο μνημονικό αποτύπωμα. Μόνο μετά από αυτήν την ενεργοποίηση το συγκεκριμένο νευρωνικό κύκλωμα ενδέχεται να αποτελέσει το αντικείμενο της μνημονικής κωδίκευσης, της παγίωσης και της τελικής αποθήκευσης σε ορισμένες εγκεφαλικές δομές ως μακρόχρονη μνήμη.

Αναζητώντας τα «ίχνη» του Πλάτωνα στον εγκέφαλο και όχι στο υπερπέραν

Εύλογα λοιπόν, κατά τον εικοστό αιώνα, η επιστημονική διερεύνηση του εγκεφαλικού-νευρολογικού υποστρώματος της μνήμης επικεντρώθηκε κυρίως στη μελέτη των νευρωνικών συνάψεων και στο περίπλοκο δίκτυο επικοινωνίας μεταξύ των νευρικών κυττάρων. Ενα «ταπεινό» ίσως νευρωνικό δίκτυο που, ωστόσο, δεν έχει τίποτε να ζηλέψει από το πλατωνικό «ψυχικόν εκμαγείον» όπου αποτυπώνονται -άλλοτε πρόσκαιρα και άλλοτε πιο μόνιμα- όλες οι αναμνήσεις μας.

Και, όπως αποδείχτηκε, η ικανότητα του νευρικού συστήματος να σχηματίζει νέες μνημονικές εγγραφές αλλά και να διατηρεί τις παλιές εξαρτάται από τη λεγόμενη «συναπτική πλαστικότητα»: τη δυνατότητα δηλαδή του εγκεφάλου μας να δημιουργεί νέες συνάψεις μεταξύ των νευρώνων του ή να εξαλείφει παλαιότερες.

Χάρη σε αυτήν την εντυπωσιακή πλαστικότητα το νευρικό μας σύστημα είναι σε θέση να τροποποιεί τόσο τη δομή όσο και τη λειτουργία του ανάλογα με τα ερεθίσματα που δέχεται. Και σε αυτήν στηρίζονται οι ιδιαίτερα αναπτυγμένες ανθρώπινες ικανότητες για μάθηση και μνήμη.

Πράγματι, σύμφωνα με τους ειδικούς (νευροεπιστήμονες, γνωσιακούς ψυχολόγους) δύο είναι οι βασικές προϋποθέσεις για την ανάδυση της ανθρώπινης μνήμης: η σχετική σταθερότητα των πολύπλοκων νευρωνικών δομών και η μεγάλη συναπτική πλαστικότητα. Η σταθερότητα είναι απαραίτητη προκειμένου να διατηρούνται και να ανακαλούνται πιο εύκολα οι καταγεγραμμένες πληροφορίες, ενώ η πλαστικότητα επιτρέπει στον ανθρώπινο εγκέφαλο να μαθαίνει διαρκώς νέα πράγματα και, κατ’ αυτόν τον τρόπο, να προσαρμόζεται -ενεργητικά και όχι παθητικά όπως οι υπολογιστές!- στο ιδιαιτέρως ασταθές ανθρώπινο περιβάλλον.

Η ικανότητά μας να συγκρατούμε στη μνήμη μας έναν αριθμό τηλεφώνου, να οδηγούμε ένα αυτοκίνητο, να χορεύουμε ταγκό ή να διηγούμαστε ένα επεισόδιο από τις καλοκαιρινές μας διακοπές είναι μερικά πολύ οικεία παραδείγματα άσκησης των μνημονικών ικανοτήτων μας. Ωστόσο, όπως προκύπτει από όλες τις σχετικές έρευνες, κάθε μια από αυτές τις δεξιότητες απαιτεί έναν διαφορετικό τύπο μνήμης!

Το να θυμόμαστε για λίγο τον αριθμό τηλεφώνου που μόλις μας είπανε είναι ένα τυπικό παράδειγμα «βραχύχρονης» μνήμης που διαρκεί μερικά λεπτά. Η μετατροπή αυτής της πρόσκαιρης μνήμης σε πιο μόνιμη «μακρόχρονη» μνήμη (ημέρες, εβδομάδες ή και χρόνια) είναι ένα επόμενο στάδιο και εμπλέκει διαφορετικές εγκεφαλικές δομές.

Το πέρασμα από την πρόσκαιρη βραχύχρονη μνήμη στη μονιμότερη μακρόχρονη μνήμη συνοδεύεται από μια σειρά από νευρωνικές και βιοχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε συγκεκριμένες εγκεφαλικές δομές. Για παράδειγμα, εγκεφαλικές δομές στο βάθος του κροταφικού λοβού, όπως ο ιππόκαμπος, η αμυγδαλή (καθώς και δύο πυρήνες του θαλάμου και τα μαστία), δεν συμμετέχουν ενεργά τόσο στη διαμόρφωση του αρχικού-βραχύχρονου μνημονικού αποτυπώματος όσο στην παγίωση και την αποθήκευση της βραχύχρονης σε μακρόχρονη μνήμη.

Ο επιλήσμων εγκέφαλος: η σημασία της λήθης στη δημιουργία της μνήμης

Στο διήγημά του «Φούνες, ο μνήμων» ο μεγάλος Αργεντινός συγγραφέας Χόρχε Λουίς Μπόρχες περιγράφει την τραγωδία ενός ατόμου που δεν ξεχνά ποτέ τίποτα αναδεικνύοντας, κατ’ αυτόν τον τρόπο, την αποφασιστική σημασία των διεργασιών της λήθης για μια υγιή και ισορροπημένη ανθρώπινη ζωή.

Πράγματι, από διάφορες πειραματικές και κλινικές παρατηρήσεις προκύπτει ότι η ικανότητα να σβήνονται επιλεκτικά από τη μνήμη μας κάποιες πληροφορίες ή επουσιώδεις λεπτομέρειες αποτελεί την αναγκαία και ικανή συνθήκη για την καλή και αποτελεσματική λειτουργία της πολύπλοκης βιολογικής μηχανής της μνήμης.

Αντίθετα με ό,τι συνήθως πιστεύουμε, η μνήμη μας δεν είναι μια τεράστια αποθήκη με αμέτρητα και καλά ταξινομημένα «συρταράκια», στα οποία καταχωρίζονται αυτομάτως και ανασύρονται μηχανικά ό,τι γνωρίζουμε ή βιώνουμε καθημερινά.

Πρόκειται, όπως είπαμε, για ένα πολύπλοκο και εκτενές δίκτυο νευρωνικών κυκλωμάτων, που ενώ ενδέχεται να εξειδικεύονται στην επεξεργασία ορισμένου τύπου πληροφοριών, μπορούν να επικοινωνούν και έτσι να επηρεάζουν σημαντικά το ένα το άλλο: κάθε νέο ερέθισμα, αφού υποστεί κάποια επεξεργασία, εντάσσεται επιλεκτικά και διαμορφώνεται από το προϋπάρχον μνημονικό πλαίσιο.

Μόνο χάρη στη δημιουργική παρέμβαση της λησμοσύνης μπορούμε, σε όλη σχεδόν τη διάρκεια της ζωής μας, να συγκρατούμε ό,τι είναι σημαντικό από έναν χείμαρρο από ασήμαντες λεπτομέρειες, αλλά και να αφομοιώνουμε νέες εμπειρίες και γνώσεις.

Επί δεκαετίες η ψυχοβιολογία της μνήμης (καθώς και η ψυχανάλυση!) βασίστηκε στην εντελώς αυθαίρετη αλλά καθησυχαστική αρχή της σταθερότητας ή της μη μεταβλητότητας των μνημονικών αποτυπωμάτων και άρα των αναμνήσεών μας.

Η εγκυρότητα αυτής της αρχής άρχισε να αμφισβητείται σοβαρά μετά από τις έρευνες της διάσημης νευροψυχολόγου Ελίζαμπεθ Λόφτους (Elisabeth Loftus), η οποία μελετώντας, επί σειρά ετών, τη λεγόμενη «αυτοβιογραφική μνήμη» κατέληξε στο ανησυχητικό συμπέρασμα ότι η σταθερότητα της μακρόχρονης μνήμης είναι ένας μύθος!

Αντί της υποτιθέμενης αμεταβλητότητας των πολύ προσωπικών μας αναμνήσεων, η Λόφτους ανακάλυψε μια πολύ περίεργη και δημιουργική «αλχημεία» του ανθρώπινου νου: την ικανότητά του να αναμιγνύει και να αναδιευθετεί διαρκώς τόσο τα βασικά «ιστορικά πλαίσια» όσο και τα δομικά-νευρωνικά στοιχεία των περισσότερων αναμνήσεών μας.

Μετέπειτα έρευνες των Κάριν Νέιντερ (Karin Nader), Τζόουζεφ Λεντού (Joseph LeDoux) και Σούζαν Σάρα (Susanne Sara) έδειξαν ότι υπάρχει και μία διεργασία «ανα-παγίωσης» που επιφέρει σημαντικές αναδομήσεις στις αναμνήσεις των εμπειριών μας. Και άλλες όμως πιο πρόσφατες έρευνες επιβεβαιώνουν τόσο την εγγενή πλαστικότητα κάθε μνημονικής διαδικασίας όσο και τον δυναμικό χαρακτήρα των δήθεν «παγιωμένων εφ’ όρου ζωής» αναμνήσεών μας.

Πιο πρόσφατα μάλιστα κατάφεραν να δείξουν πειραματικά ότι κάθε πράξη μνημονικής ανάκλησης οδηγεί σε επιμέρους τροποποίηση των αντίστοιχων νευρωνικών μικροκυκλωμάτων που αποτελούν το εγκεφαλικό υπόστρωμα αυτών των μακροχρόνιων αναμνήσεων!

«Η κλασική ιδέα ήταν ότι οι αναμνήσεις μας θα έπρεπε να είναι κάτι ανάλογο με την πιστή φωτογραφική αποτύπωση του αρχικού συμβάντος. Σήμερα, αντίθετα, γνωρίζουμε ότι πρόκειται μόνο για την τελευταία εκδοχή της αρχικής ανάμνησης, διότι κάθε φορά που την ανακαλούμε στη μνήμη μας η ανάμνηση αυτή τροποποιείται κατά τι», υποστηρίζει η Ντανιέλα Σίλερ (Daniela Schiller), επιφανής ερευνήτρια ανάλογων μνημονικών διεργασιών.

Επί πολλές δεκαετίες οι ειδικοί πίστευαν, ή μάλλον ήλπιζαν, ότι οι μακροχρόνιες και πιο ανθεκτικές αναμνήσεις μας παραμένουν αμετάβλητες και ανεξίτηλες στην πάροδο του χρόνου, απρόσβλητες στις «επιθέσεις» της λήθης. Ομως, τα τελευταία χρόνια έχουν συσσωρευτεί τόσα πολλά πειραματικά και ιατρικά δεδομένα για το αντίθετο, ώστε τελικά αναγκάστηκαν να παραδεχτούν πως κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει.

………………………………………… 

Από την τέχνη της μνήμης στην τεχνολογική αμνησία

Στο προηγούμενο άρθρο μας για τις «μνημοτεχνικές» (βλ. «Εφ. Συν.» 4/10/14) διαπιστώσαμε ότι μέχρι πολύ πρόσφατα η συστηματική καλλιέργεια και η επίπονη εξάσκηση της μνήμης αποτελούσε για τους ανθρώπους ζωτική αναγκαιότητα (ατομική και κοινωνική).

Στις μέρες μας, αντίθετα, το να αποθηκεύει κανείς στη μνήμη του πληροφορίες και γνώσεις όχι μόνο δεν θεωρείται απαραίτητο, αλλά είναι και περιττό αφού μπορεί να έχει κάθε στιγμή πρόσβαση στις πιο ετερογενείς πληροφορίες. Αρκεί να ανοίξει το κινητό ή τον υπολογιστή του και να μπει στο Διαδίκτυο.

Παρά τις ασύλληπτες, μέχρι χθες, τεχνολογικές διευκολύνσεις, όλο και μεγαλύτερος αριθμός σχετικά νέων ανθρώπων στις ανεπτυγμένες κοινωνίες διαμαρτύρεται σήμερα ότι έχει ανεξήγητα κενά μνήμης και ότι, εκτός από τα σοβαρά αμνησιακά προβλήματα, αντιμετωπίζει επίσης μεγάλη δυσκολία συγκέντρωσης της προσοχής και αφομοίωσης νέων πληροφοριών. Οι σημερινοί τριαντάχρονοι φαίνεται να έχουν μικρότερες μνημονικές ικανότητες από τους γονείς τους. Υποφέρουν από… «τεχνολογική αμνησία»! Γιατί συμβαίνει αυτό;

Σύμφωνα με τη γνώμη αρκετών τολμηρών ειδικών, τα αίτια θα πρέπει να αναζητηθούν στη συστηματική χρήση των ψηφιακών συσκευών οι οποίες δημιουργήθηκαν για να διευρύνουν τις μνημονικές μας ικανότητες και για να απαλλάξουν το μυαλό μας από τα «περιττά» μνημονικά βάρη. Και το κάνουν τόσο καλά, ώστε κάποιες ζωτικές λειτουργίες του μυαλού των χρηστών -όπως η μνήμη και η αφομοίωση νέων πληροφοριών- έχουν αρχίσει να ατροφούν.

Το νέο φαινόμενο της «τεχνολογικής αμνησίας», δηλαδή της κατάπτωσης ή και του εκφυλισμού της ανθρώπινης μνήμης λόγω της χρήσης «έξυπνων» τεχνημάτων, διαπιστώθηκε και επιβεβαιώθηκε χάρη στις συστηματικές έρευνες του Ιαν Ρόμπερτσον (Ian Roberston), καθηγητή Νευροεπιστημών στο Trinity College του Δουβλίνου. Ανάλογες έρευνες έχουν πραγματοποιηθεί στις πιο αναπτυγμένες χώρες. Και δυστυχώς όλες καταγράφουν μια δραματική πτώση των μνημονικών ικανοτήτων στις νεότερες γενιές.

11.10.2014 

 Σπύρος Μανουσέλης
http://www.efsyn.gr/arthro/i-mihani-tis-mnimis-kai-tis-lithis

  Ο «θαυμαστός κόσμος» του εγκεφάλου
2.

Ο Μέγας προσομοιωτής του ανθρώπινου εγκεφάλου

Η έρευνα των νοητικών φαινομένων που προκύπτουν από τη λειτουργία του εγκεφάλου δεν αποτελεί πλέον δικαιοδοσία ενός ιδιαίτερου επιστημονικού κλάδου, π.χ. της νευροβιολογίας, της νευροφυσιολογίας, της ψυχολογίας κ.ο.κ. Με τη βοήθεια της επιστήμης των υπολογιστών και της πληροφορικής, αυτοί οι απομονωμένοι κατά το παρελθόν γνωστικοί κλάδοι συνεργάζονται πλέον στενά στο πλαίσιο ενός διευρυμένου διεπιστημονικού κλάδου, της νευροπληροφορικής.

Αν κατά το δεύτερο ήμισυ του εικοστού αιώνα στην παγκόσμια επιστημονική σκηνή πρωταγωνίστησαν η μοριακή βιολογία και η γενετική μηχανική, τον εικοστό πρώτο αιώνα φαίνεται να κυριαρχούν οι νευροεπιστήμες. Διόλου αυθαίρετα λοιπόν ο αιώνας που διανύουμε έχει χαρακτηριστεί -από τους ειδικούς και τα ΜΜΕ- ως ο «αιώνας του εγκεφάλου και του νου».

Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνεται περίτρανα τόσο από την εντυπωσιακή αύξηση -ποσοτική και ποιοτική- των ερευνητικών προγραμμάτων που στοχεύουν στην αποκάλυψη των επτασφράγιστων μυστικών της μηχανής του νου όσο και από τα ασυνήθιστα μεγάλα ποσά που επενδύονται, από δημόσιους και ιδιωτικούς φορείς, σε αυτές τις έρευνες.

Αποτελεί μάλλον ειρωνεία το ότι ο πιο ανεγκέφαλος πλανητάρχης εγκαινίασε με μια επίσημη δήλωσή του την απαρχή της «δεκαετίας του εγκεφάλου». Πράγματι, στις 17 Ιουλίου 1990, ο τότε πρόεδρος των ΗΠΑ, Τζορτζ Μπους τζούνιορ, ανακοίνωσε ότι η επόμενη δεκαετία (1990-2000) θα ήταν αφιερωμένη στον εγκέφαλο. Επακόλουθο αυτής της αμερικανικής εξαγγελίας ήταν ότι δόθηκαν τεράστια ποσά στις ΗΠΑ αλλά και διεθνώς για τη βασική έρευνα του εγκεφάλου.

Διαφορετικές προσεγγίσεις του ανθρώπινου εγκεφάλου

Στις αρχές του προηγούμενου χρόνου η Ευρωπαϊκή Επιτροπή και το αμερικανικό Κογκρέσο αποφάσισαν να επενδύσουν δισεκατομμύρια στην ανάπτυξη των νευροεπιστημών. Η ανανέωση του ενδιαφέροντος των ισχυρών κρατών για την ταχύτατη ανάπτυξη των επιστημών και της τεχνολογίας του ανθρώπινου εγκεφάλου θα εκδηλωθεί με δύο πολυετή και ιδιαιτέρως δαπανηρά προγράμματα έρευνας: στην Ευρώπη με το «Πρόγραμμα Ανθρώπινος Εγκέφαλος» (Human Brain Project) και στις ΗΠΑ με την «Πρωτοβουλία Εγκέφαλος» (BRAIN Initiative).

Το δεκαετές αμερικανικό πρόγραμμα «BRAIN», που θα στοιχίσει 300 εκατομμύρια δολάρια τον χρόνο, το εξήγγειλε επίσημα ο πρόεδρος Μπαράκ Ομπάμα στις 2 Απριλίου 2013 ως απάντηση στην «πρόκληση» της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, η οποία δύο μήνες νωρίτερα -στις 28 Ιανουαρίου 2013- είχε ανακοινώσει την πρόθεσή της να χρηματοδοτήσει με τουλάχιστον ένα δισεκατομμύριο ευρώ το δεκαετές πρόγραμμα «Human Brain Project» ή HBP.

Οπως παραδέχτηκαν οι εισηγητές του αμερικανικού προγράμματος, η σχετική απόφαση Ομπάμα ήταν επιβεβλημένη, αφενός επειδή υπήρχε ο κίνδυνος να προσελκύσει το ευρωπαϊκό πρόγραμμα τους πιο αξιόλογους νευροεπιστήμονες και αφετέρου επειδή οι ΗΠΑ οφείλουν, πάση θυσία, να διατηρήσουν τα πρωτεία στην έρευνα των νευροεπιστημών.

Αξίζει, πάντως, να σημειωθεί ότι πρόκειται για δύο ιδιαίτερα φιλόδοξα και κυρίως ανταγωνιστικά προγράμματα, αφού το καθένα από αυτά βασίζεται σε μια διαφορετική γνωστική και μεθοδολογική προσέγγιση του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Η στρατηγική που επέλεξαν για τα επόμενα χρόνια οι Αμερικανοί ειδικοί είναι να χαρτογραφήσουν λεπτομερώς όλες τις δομές και τις λειτουργίες του εγκεφάλου μας, κάτι ανάλογο με το «πρόγραμμα χαρτογράφησης του ανθρώπινου γονιδιώματος» που ολοκληρώθηκε με μεγάλη επιτυχία σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα. Συνδυάζοντας τις «κλασικές» νευροβιολογικές μεθόδους με τις νέες τεχνικές απεικόνισης του ζωντανού εγκεφάλου, είναι πεπεισμένοι ότι στο μέλλον θα οδηγηθούν όχι μόνο στον εντοπισμό όλων των νευρωνικών κυκλωμάτων του εγκεφαλικού ιστού, αλλά και στην αποκάλυψη των μεταξύ τους διασυνδέσεων ενώ επιτελούν συγκεκριμένες νοητικές λειτουργίες.

Οι Ευρωπαίοι, αντίθετα, επέλεξαν μια πολύ πιο τολμηρή και ενδεχομένως πιο επισφαλή νευροπληροφορική προσέγγιση: με τη χρήση υπολογιστών προσδοκούν να δημιουργήσουν μια γιγάντια προσομοίωση όλων όσων συντελούνται στο εσωτερικό του εγκεφάλου μας και επιτρέπουν την ανάδυση του ανθρώπινου νου. Πώς όμως θα το πετύχουν;

Μεταφράζοντας σε υπολογιστικά προγράμματα ό,τι έχουν ανακαλύψει μέχρι σήμερα οι νευροεπιστήμες και οι γνωσιακές επιστήμες, επιθυμούν να δημιουργήσουν «Μεγαπροσομοιωτές». Πανίσχυρους υπολογιστές οι οποίοι, επειδή θα διαθέτουν την αρχιτεκτονική και τα πρότυπα λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου, θα μπορούν να προσομοιώνουν (ψηφιακά) τις βασικές λειτουργίες του!

Εμπνευστής και διευθυντής αυτού του μεγαλόπνοου ευρωπαϊκού προγράμματος είναι ο καθηγητής Χένρι Μάρκραμ (Henry Markram), ένας ανήσυχος Ισραηλινός νευροεπιστήμονας, που από το 2002 εργάζεται στο Πολυτεχνείο της Λωζάννης (EPFL). Εκεί ίδρυσε το Brain Mind Institute και διευθύνει το περίφημο Κέντρο Νευροεπιστημών και Τεχνολογίας.

Από το «Blue Brain» στο «Human Brain Project»

Πριν από μία εικοσαετία ο Χένρι Μάρκραμ, αν και είχε πραγματοποιήσει κάποιες αξιόλογες έρευνες σχετικά με τις νευρωνικές συνάψεις, είχε καταλήξει στο οδυνηρό συμπέρασμα ότι τόσο ο ίδιος όσο και οι συνάδελφοί του σε όλο τον κόσμο δεν θα κατάφερναν με τις κλασικές αναγωγιστικές μεθόδους της νευροεπιστήμης να εξηγήσουν πώς μπορεί ένα περίπου κιλό νευρικού ιστού να γεννά τις ανθρώπινες αναπαραστάσεις, σκέψεις, συναισθήματα και συμπεριφορές.

Ετσι, το 2005, στη Λωζάννη, πήρε τη μεγάλη απόφαση να δοκιμάσει μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση: να δημιουργήσει ένα υπολογιστικό μοντέλο ικανό να προσομοιώνει αρχικά τη μορφή, τις απολήξεις (τον νευράξονα και τους δενδρίτες) και τις επικοινωνιακές λειτουργίες ενός νευρώνα.

Κατόπιν να τον συνδέσει με άλλους νευρώνες ώστε σταδιακά το μοντέλο του να δημιουργεί ολοένα και πιο σύνθετες και ολοκληρωμένες προσομοιώσεις των διαφορετικών επιπέδων οργάνωσης του εγκεφαλικού ιστού (νευρωνικά κυκλώματα, εγκεφαλικά κέντρα και τελικά μια ολοκληρωμένη προσομοίωση ενός εγκεφάλου).

Ηταν η πράξη γέννησης του προγράμματος «Blue Brain», το οποίο ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του ισχυρότατου υπολογιστή της IBM «Blue Gene» που υλοποίησε αυτό το πολύπλοκο πρόγραμμα. Ο υπερ-υπολογιστής της IBM διέθετε 10 χιλιάδες επεξεργαστές, καθένας από τους οποίους μπορούσε να προσομοιώνει τη μορφή και τη δραστηριότητα ενός μόνο νευρώνα.

Τα επόμενα χρόνια ο Μάρκραμ και οι συνεργάτες του τελειοποίησαν αυτήν την ιδέα και κατάφεραν να δημιουργήσουν τρισδιάστατα υπολογιστικά μοντέλα από χιλιάδες ψηφιακούς νευρώνες που προσομοίωναν επακριβώς τη δραστηριότητα κάποιων εγκεφαλικών δομών. Ειδικότερα, ο Μίχαελ Ράιμαν (Michael W. Reimann) μαζί με τον ερευνητή Κώστα Αναστασίου κατάφεραν στη Λωζάννη να αναπαραγάγουν σε υπολογιστή το εγκεφαλικό κύκλωμα ενός θηλαστικού (ενός ποντικού).

Το συγκεκριμένο μοντέλο του φλοιού του ποντικού αποτελείται από 12.000 νευρώνες στενά διασυνδεδεμένoυς μεταξύ τους και ήταν η πρώτη απτή και άκρως ενθαρρυντική ένδειξη ότι η ερευνητική στρατηγική τού «Blue Brain Project» βρισκόταν στον σωστό δρόμο. Και η απόφαση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής να αναθέσει στον Χένρι Μάρκραμ τον σχεδιασμό και τη διεύθυνση του Προγράμματος Ανθρώπινος Εγκέφαλος (HBP) βασίστηκε σε αυτές τις επιτυχίες.

Το ευρωπαϊκό πρόγραμμα HBP είναι από τη φύση του διεπιστημονικό και η υλοποίησή του απαιτεί τη συνεργασία πολλών ειδικών (νευροεπιστημόνων, γνωσιακών ψυχολόγων, νευρολόγων, πληροφορικών και επιστημόνων υπολογιστών).

Ισως να ακούγεται υπερβολικά εύκολο, όμως στην πράξη ο Μεγα-προσομοιωτής θα πρέπει να είναι σε θέση να αναπαράγει ψηφιακά όχι μόνο τη λειτουργία των 100 δισεκατομμυρίων νευρώνων που αποτελούν τον εγκέφαλό μας, αλλά και τις τρισεκατομμύρια συνάψεις που εξασφαλίζουν την επικοινωνία αυτών των νευρώνων! Αρκετοί διαπρεπείς ειδικοί θεωρούν αυτήν την πολυπλοκότητα ως ένα ανυπέρβλητο εμπόδιο και γι’ αυτό στοιχηματίζουν ότι το όλο εγχείρημα θα αποτύχει.

Σε αυτούς τους σκεπτικιστές ο Χένρι Μάρκραμ, που είναι ο γενικός διευθυντής του προγράμματος HBP, απαντά ότι έχουν δίκιο! Θα ήταν όντως αδύνατο να προσομοιώσει κανείς πιστά έναν ανθρώπινο εγκέφαλο, όμως το Πρόγραμμα Ανθρώπινος Εγκέφαλος δεν επιχειρεί να κάνει κάτι τέτοιο. Οπως εξηγεί ο ίδιος: «Το μυστικό της στρατηγικής μας είναι να αναπαραγάγουμε το πιο ουσιαστικό πρότυπο ή σχέδιο λειτουργίας σύμφωνα με το οποίο κατασκευάζεται ο ανθρώπινος εγκέφαλος, δηλαδή το σύνολο των κανόνων που καθοδήγησαν τη συγκρότησή του κατά την εξέλιξη και οι οποίοι ενεργοποιούνται απαρέγκλιτα κατά την ανάπτυξη κάθε ανθρώπινου κυήματος».

Ο Μέγας προσομοιωτής: προβλήματα και προοπτικές

Μέχρι πολύ πρόσφατα η «βασιλική» τεχνολογική οδός για την προοδευτική εκμηχάνιση των ανθρώπινων σωμάτων και, παράλληλα, για την «ενανθρώπιση» των μηχανών ήταν η δημιουργία επιφανειών διεπαφής (interface) μεταξύ ανθρώπου και υπολογιστικής μηχανής. Μια εντελώς διαφορετική στρατηγική στοχεύει στην κατασκευή πανίσχυρων «νευρομορφικών υπολογιστών» που επειδή προσομοιώνουν την αρχιτεκτονική των βιολογικών εγκεφάλων μπορούν να αναπαράγουν τις ανώτερες λειτουργίες τους. Πρόκειται δηλαδή για μια προσπάθεια υπέρβασης των σημερινών ενεργειακών και πληροφορικών εμποδίων των σημερινών υπολογιστικών μηχανών! Αυτήν τη νέα και ρηξικέλευθη νευροπληροφορική προσέγγιση προτείνει το πρόγραμμα HBP.

Πού βρίσκεται όμως σήμερα, έναν χρόνο μετά το ξεκίνημά του, αυτό το φιλόδοξο και ιδιαίτερα δαπανηρό πρόγραμμα; Ολα τα επιμέρους προγράμματα για την υλοποίησή του εξελίσσονται σύμφωνα με τις αρχικές προβλέψεις, μάλιστα σε ορισμένους τομείς φαίνεται πως υλοποιούνται νωρίτερα από ό,τι προέβλεπαν οι σχεδιαστές τους. Αυτό τουλάχιστον διαπίστωσαν οι 400 και πλέον ειδικοί που συναντήθηκαν πρόσφατα στη Χαϊδελβέργη για τον πρώτο ετήσιο απολογισμό των εργασιών.

Παρ’ όλα αυτά, δεν λείπουν οι αντιρρήσεις και οι επώνυμες διαμαρτυρίες. Πάνω από 700 Ευρωπαίοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το όλο εγχείρημα πάσχει από «γιγαντισμό»: απορροφά υπερβολικά μεγάλα κονδύλια από άλλους ερευνητικούς τομείς, μολονότι έχει ασαφείς στόχους και αβέβαια πρακτικά αποτελέσματα.

Βρισκόμαστε σε μια κρίσιμη καμπή του βιοτεχνολογικού μας πολιτισμού. Στα καυτά και δυσεπίλυτα ερωτήματα που προκύπτουν από την εκρηκτική ανάπτυξη της νευροπληροφορικής και της σύγχρονης βιοκυβερνητικής δεν μπορούν (ούτε και θα έπρεπε!) να απαντήσουν οι ειδικοί επιστήμονες ή, ακόμη χειρότερα, οι πολιτικοί.

Μόνο οι ίδιοι οι πολίτες πρέπει να αποφασίζουν, αφού βέβαια ενημερωθούν επαρκώς για το ποια από όλες τις δυνατές εφαρμογές της νευροτεχνολογίας θα πρέπει να θεωρείται απλώς τεχνολογικά εφικτή και ποια κοινωνικά ευκταία.

……………………………………………… 

Tα μεγαλύτερα διεθνή ερευνητικά προγράμματα για τον εγκέφαλο

1. SyNAPSE: 
Το ερευνητικό πρόγραμμα της DARPA, του τμήματος προηγμένων μελετών του υπουργείου Αμυνας των ΗΠΑ. Στοχεύει στη δημιουργία νευροσυναπτικών ηλεκτρονικών μικροκυκλωμάτων (βιοτσιπάκια) που αποτελούνται από 10 δισεκατομμύρια ηλεκτρονικούς «νευρώνες» συνδεδεμένους μεταξύ τους με 100 χιλιάδες δισεκατομμύρια «συνάψεις». Για περισσότερες πληροφορίες, βλ.http://research.ibm.com/cognitive-computing/neurosynaptic-chips.shtml

2. 
BigBrain: πρόκειται για μια επιστημονική συνεργασία μεταξύ Γερμανίας και Καναδά. Εχουν καταφέρει να δημιουργήσουν ένα τρισδιάστατο μοντέλο του εγκεφάλου μιας γυναίκας ηλικίας 65 ετών. Η πολύ υψηλή ανάλυση αυτού του μοντέλου καθιστά ορατούς τους μεμονωμένους νευρώνες. Για περισσότερες πληροφορίες, βλ. http:// bigbrain.loris.ca  

3. 
Human Connectome Project: ξεκίνησε το 2010 από το Εθνικό Ιδρυμα Υγείας των ΗΠΑ σε συνεργασία με πλειάδα πανεπιστημίων. Αναλύοντας τα δεδομένα από 1.200 υγιή άτομα (μεταξύ των οποίων και δίδυμα αδέλφια) προσπαθούν να δημιουργήσουν μια τράπεζα δεδομένων που θα περιλαμβάνει λεπτομερείς εικόνες του εγκεφάλου, του γονιδιότυπου και δεδομένα συμπεριφοράς αυτών των ατόμων. Για περισσότερες πληροφορίες, βλ. http://humanconnectome.org

4.
 Human Brain Project: Περισσότερες πληροφορίες για το ευρωπαϊκό πρόγραμμα στο http://humanbrainproject.eu

5. 
EyeWire: το πρόγραμμα δημιουργήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) και επιτρέπει σε κάθε χρήστη να επιτελεί ο ίδιος ένα μέρος της χαρτογράφησης των εγκεφαλικών οδών που ακολουθούν οι νευρώνες. Για περισσότερες πληροφορίες, βλ. http://eyewire.org

6. 

BRAIN Initiative: Περισσότερες πληροφορίες για το αμερικανικό πρόγραμμα (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) στο http://www.braininitiative.nih.gov.

 25-10-2014

 Σπύρος Μανουσέλης

http://www.efsyn.gr/arthro/o-megas-prosomoiotis-toy-anthropinoy-egkefaloy