Εντόπισαν τον «αρχειοθέτη» της μνήμης
Φανταζόμαστε συνήθως τη μνήμη σαν ένα εύτακτο αρχείο μέσα στον εγκέφαλό μας.
Ενα αρχείο ανθεκτικό στον χρόνο, όπου καταγράφονται πιστά και ταξιθετούνται επιμελώς τόσο οι σημαντικές όσο και οι ασήμαντες πληροφορίες.
Το δύσκολο ωστόσο είναι να κατανοήσουμε το πού και το πώς ακριβώς καταγράφονται, παγιώνονται και ανακαλούνται επιλεκτικά οι εμπειρίες και τα βιώματα της ζωής μας από τον εγκεφαλικό «αρχειοθέτη».
Πράγματι, στον ανθρώπινο εγκέφαλο είναι διαρκώς ενεργός ένας εσωτερικός μηχανισμός που σαν ένας πραγματικός αρχειοθέτης φροντίζει για την εύτακτη ταξινόμηση, αποθήκευση και ανάκτηση των μνημονικών καταγραφών, τις οποίες μπορεί να ανασύρει με ευκολία όποτε χρειάζεται.
Πριν από λίγες ημέρες το διεθνούς κύρους περιοδικό «Neuron» δημοσίευσε μια σημαντική έρευνα που οδήγησε στον εντοπισμό αυτού του μηχανισμού, γεγονός που πιθανότατα θα συμβάλει αποφασιστικά στην αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση διαφόρων σοβαρών νευροεκφυλιστικών παθήσεων, όπως η καταστροφική για τη μνήμη νόσος Αλτσχάιμερ.
Η έρευνα είναι προϊόν της συνεργασίας Αμερικανών ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Palo Alto της Καλιφόρνια (ΗΠΑ) με Γερμανούς ερευνητές από το Γερμανικό Κέντρο για τις Νευροεκφυλιστικές Παθήσεις (DZNE) του Πανεπιστημίου της Βόννης (Γερμανία).
Οι ερευνητές εστίασαν το ενδιαφέρον τους στη συστηματική μελέτη του ιππόκαμπου, μιας εγκεφαλικής δομής που βρίσκεται στο βάθος, δηλαδή στην έσω μοίρα του κροταφικού λοβού του εγκεφάλου.
Από καιρό ήταν γνωστό ότι ο ιππόκαμπος παίζει αποφασιστικό ρόλο στον σχηματισμό της μνήμης, ενώ η καταστροφή του -από τραυματισμό ή από νευρολογική πάθηση- συνδέεται στενά με την αμνησία.
Απ’ ό,τι φαίνεται, στον ιππόκαμπο συντελείται ένα πανδαιμόνιο πληροφοριακής επεξεργασίας: εδώ καταγράφονται πρόσκαιρα τα νέα μνημονικά ίχνη των εμπειριών μας ενώ, ταυτοχρόνως, αυτή η δομή εμπλέκεται στην ανάκληση κάποιων άλλων ήδη καταγεγραμμένων μνημών.
Σε αυτές τις δύο επιλεκτικές διεργασίες ταξινόμησης και ανάκλησης πρωταγωνιστούν ειδικοί νευρώνες του ιππόκαμπου, τα λεγόμενα αστροκύτταρα, τα οποία επιβάλλουν κάποια τάξη σε αυτό το μνημονικό χάος.
Οπως διαπίστωσαν από αυτή την έρευνα, σε αυτή τη διεργασία επιλεκτικής ταξινόμησης πρωταγωνιστικό ρόλο έχει ο νευροδιαβιβαστής ακετυλοχολίνη, ένα μόριο-διαβιβαστής πληροφοριών μεταξύ των νευρικών κυττάρων.
Στα άτομα που υποφέρουν από κάποια σοβαρή μορφή αμνησίας, όπως π.χ. από τη νόσο Αλτσχάιμερ, αυτός ο νευροδιαβιβαστής τίθεται εκτός λειτουργίας.
Για πολλά χρόνια οι ειδικοί πίστευαν ότι η ακετυλοχολίνη εμπλέκεται άμεσα στη διάκριση και άρα στην ταξινόμηση των διαφορετικών πληροφοριών που φτάνουν στον ιππόκαμπο.
«Τώρα δείξαμε, για πρώτη φορά, ότι αυτός ο νευροδιαβιβαστής διεγείρει τα αστροκύτταρα» όπως διευκρίνισε σε πρόσφατη δήλωσή του ο Milan Pabst, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βόννης και ένας από τους πρωταγωνιστές αυτής της έρευνας.
Με την ανακάλυψη αυτή είναι πλέον ορατή η δυνατότητα, στο μέλλον, να τροποποιούν γενετικά τα αστροκύτταρα ώστε να παράγουν περισσότερη ακετυλοχολίνη σε ασθενείς που υποφέρουν από Αλτσχάιμερ.
ΣΠΥΡΟΣ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗΣ
http://www.efsyn.gr/arthro/entopisan-ton-arheiotheti-tis-mnimis
9/5/2016
Ο χάρτης που προβάλλει με έντονα χρώματα και σε πολλαπλές διαστάσεις πώς οργανώνεται η γλώσσα στις περιοχές του εγκεφάλου | Alex Huth, UC Berkeley
Xαρτογραφήθηκαν οι αντιδράσεις του εγκεφάλου στις λέξεις
Ένα από τα σημαντικότερα βήματα για την κατανόηση του εξαιρετικά περίπλοκου τρόπου με τον οποίο διαχειρίζεται τη σημασία των λέξεων και οργανώνει την γλώσσα ο εγκέφαλος μας έκαναν πρόσφατα επιστήμονες του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϊ των ΗΠΑ. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε με ακροατές που άκουγαν αφηγήσεις συγκεκριμένου περιεχομένου.
Μετά από χαρτογράφηση τεχνολογίας fMRI, που κατέγραψε τη ροή του αίματος και τη δραστηριότητα των νεύρων στον εγκέφαλο, κατέληξαν να συνθέσουν αυτό που σε απλουστευμένη προσέγγιση θα έλεγε κανείς «σημασιολογικό χάρτη». Αποκαλύπτεται έτσι ο τρόπος που ανταποκρίνεται ο εγκέφαλος στην σημασία των λέξεων. Αν και η διαδρομή έως τη μελλοντική ολοκλήρωση του εγχειρήματος αναμένεται να είναι μεγάλη, ήδη η αξία του έχει γίνει φανερή.
Μετά τη χαρτογράφηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας, ο χάρτης προβάλλεται με έντονα χρώματα και σε πολλαπλές διαστάσεις στις περιοχές του εγκεφάλου που οργανώνουν τη γλώσσα. Ενα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα που περιγράφει το μέγεθος της επιτυχίας είναι η δυνατότητα να εντοπίζονται οι περιοχές που ανταποκρίνονται στο άκουσμα λέξεων με παρόμοια σημασία.
Χαρτογράφηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας
Το σημαντικό είναι ότι η χαρτογράφηση της οργάνωσης που έχει η γλώσσα στον εγκέφαλο θα επιτρέψει στο μέλλον να αποκωδικοποιηθεί σε πρακτικό επίπεδο ο εσωτερικός διάλογος που όλοι βιώνουμε κάθε στιγμή της ζωή μας και πιθανόν να έχει οφέλη και στην καθημερινή ζωή.
Όπως επισημαίνουν οι ειδικοί, μέσα από αυτή τη χαρτογράφηση βήμα-βήμα θα ανοίξει ο δρόμος στην διεπαφή ανθρώπου μηχανής, στην επικοινωνία του δηλαδή με τεχνολογικές εφαρμογές, καθώς με τα σημερινά δεδομένα υπάρχει η ελπίδα ότι κάποια στιγμή ένας υπολογιστής θα μεταφράζει αυτό που θέλει να πει, αλλά αδυνατεί, ο άνθρωπος μέσω των νοημάτων και όχι μόνον μέσω του ήχου που ταυτίζεται με μια λέξη.
Επομένως μέσα από μια πολύ πιο πυκνή ροή πληροφορίας ενδεχομένως να αλλάξουν και τα δεδομένα της ζωής του.
Όταν επιτευχθεί αυτό τότε είναι προφανές ότι η συγκεκριμένη επικοινωνία θα είναι κατά το δυνατόν ολοκληρωμένη και αποτελεσματική συγκριτικά με τα σημερινά δεδομένα.
Είναι προφανές ότι η ολοένα βαθύτερη κατάδυση στα μυστικά του εγκεφάλου επιφυλάσσει πολλές εκπλήξεις αλλά και θα ανοίξει νέες διαδρομές σε άλυτα ως σήμερα ζητήματα, όπως και αν το εκλάβουμε-θετικά αλλά και ενδεχομένως αρνητικά.
Ένα παράδειγμα είναι το ισχυρό εργαλείο που θα έχουν οι κλινικοί γιατροί σε μια πολύ λεπτή και σύνθετη διαδικασία.
Όταν τα συμπεράσματα της μελέτης καταλήξουν σε τεχνολογική εφαρμογή θα είναι σε θέση να παρακολουθούν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου ασθενών με ουσιαστική δυσκολία στην επικοινωνία τους με το περιβάλλον.
Επομένως είναι βάσιμο να υπάρχουν ελπίδες ότι, συνδυάζοντας τα κλινικά δεδομένα με τον «σημασιολογικό άτλαντα» μέσω της τεχνολογίας, θα είναι σε θέση να καταλάβουν τι πραγματικά θέλουν να μας πουν όσοι αδυνατούν να μιλήσουν, ενώ την ίδια στιγμή οι «εγκλωβισμένες» σκέψεις τους είναι πλήρεις νοημάτων.
Το πείραμα
Ο μοναδικός τρόπος για να συνθέσουν τον «σημασιολογικό χάρτη» προκειμένου να αποκωδικοποιήσουν αυτό που θα έλεγε κανείς τις νοηματικά οργανωμένες σκέψεις ήταν ένα πρακτικό πείραμα που αποδείχτηκε εξαιρετικά αποκαλυπτικό.
Εθελοντές συμμετείχαν στην επί δίωρο ακρόαση με ακουστικά ραδιοφωνικής εκπομπής, ενώ την ίδια στιγμή μέσω της εξέτασης fMRI καταγραφόταν η εγκεφαλική δραστηριότητα.
Το περιεχόμενο του προγράμματος περιλάμβανε αφηγήσεις με χιούμορ αλλά και με δυσάρεστο περιεχόμενο προκειμένου να διεγερθεί ο εγκέφαλος στα μηνύματα που περιείχαν.
Η εξέταση fMRI είναι μη επεμβατική τεχνική για την μέτρηση και χαρτογράφηση της ροής του αίματος και κατά συνέπεια της εγκεφαλικής δραστηριότητας, μέσω της οποίας οι ειδικοί μπορούν να αποκωδικοποιήσουν την περίπλοκη δραστηριότητα του.
Τα αποτελέσματα της μαγνητικής απεικόνισης συγκρίθηκαν με τις χρονικά κωδικοποιημένες φωνολογικές μεταγραφές από τις αφηγήσεις στην ραδιοφωνική εκπομπή με μονάδα αναφοράς τα «φωνήματα».
Στη συνέχεια οι ερευνητές εισήγαγαν τα αποτελέσματα σε ειδικά προγράμματα υπολογιστή για μελέτη και ανάλυση.
Κατόπιν επεξεργασίας τα αποτελέσματα μετατράπηκαν σε χάρτη όπου οι λέξεις διατάσσονται σημασιολογικά στις επίπεδες από την χαρτογράφηση εικόνες του αριστερού και δεξιού ημισφαιρίου συνθέτοντας έτσι ένα σημαντικό εργαλείο ερμηνείας για τους επιστήμονες.
Είναι ενδιαφέρον ότι στην σύνθετη αυτή διαδικασία οι λέξεις ομαδοποιήθηκαν σε ενότητες, όπως για παράδειγμα οπτικές, απτικές, αριθμητικές, τοπολογίας, βίας, συναισθηματικής, κοινωνικής κ.λπ.
Τα συμπεράσματα
Ένα από τα συμπεράσματα που εξέπληξαν τους ερευνητές είναι ότι τουλάχιστον το 1/3 του εγκεφαλικού φλοιού δραστηριοποιείται στην επεξεργασία της γλώσσας. Στις συγκεκριμένες περιοχές συμπεριλαμβάνονται και αυτές που λειτουργούν στο υψηλότερο επίπεδο νόησης.
Αν και μάλλον οι ερευνητές δεν το περίμεναν, από την έρευνα διαπιστώθηκε ότι διαφορετικοί άνθρωποι μοιράζονται ουσιαστικά όμοια χαρτογράφηση στην επεξεργασία της γλώσσας.
Επίσης οι χάρτες δείχνουν ότι πολλές περιοχές του εγκεφάλου λειτουργικά αντιπροσωπεύουν λέξεις που περιγράφουν ανθρώπους και κοινωνικές σχέσεις, ενώ λιγότερες είναι εκείνες που λειτουργούν για αφηρημένες έννοιες.
Μέτα την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων οι επιστήμονες διαμόρφωσαν επαρκή σημασιολογικά μοντέλα που προβλέπουν την αντίδραση μεγάλων τμημάτων του εγκεφάλου στις λέξεις. Επίσης μέσω των ίδιων μοντέλων λαμβάνουν λεπτομερή στοιχεία για το είδος των πληροφοριών που αντιστοιχούν σε κάθε περιοχή του εγκεφάλου.
Πάντως ενώ οι χάρτες αυτοί εφαρμόζονται σε μια μεγάλη πλειοψηφία των ανθρώπων, την ίδια στιγμή διαπιστώνεται ότι υπάρχουν ζωτικές διαφορές ανάμεσα στους ανθρώπους γι' αυτό και θα πρέπει να γίνουν συστηματικές μελέτες σε μεγαλύτερο δείγμα εθελοντών.
Άλλωστε και η βαρύτητα των συμπερασμάτων το επιβάλλει σε γενικότερη κλίμακα.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών και δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Nature.
Χρήστος Προυκάκης
http://www.efsyn.gr/arthro/xartografisan-tis-antidraseis-toy-egkefaloy-stis-lexeis
2/5/2016
Ένα από τα σημαντικότερα βήματα για την κατανόηση του εξαιρετικά περίπλοκου τρόπου με τον οποίο διαχειρίζεται τη σημασία των λέξεων και οργανώνει την γλώσσα ο εγκέφαλος μας έκαναν πρόσφατα επιστήμονες του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϊ των ΗΠΑ. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε με ακροατές που άκουγαν αφηγήσεις συγκεκριμένου περιεχομένου.
Μετά από χαρτογράφηση τεχνολογίας fMRI, που κατέγραψε τη ροή του αίματος και τη δραστηριότητα των νεύρων στον εγκέφαλο, κατέληξαν να συνθέσουν αυτό που σε απλουστευμένη προσέγγιση θα έλεγε κανείς «σημασιολογικό χάρτη». Αποκαλύπτεται έτσι ο τρόπος που ανταποκρίνεται ο εγκέφαλος στην σημασία των λέξεων. Αν και η διαδρομή έως τη μελλοντική ολοκλήρωση του εγχειρήματος αναμένεται να είναι μεγάλη, ήδη η αξία του έχει γίνει φανερή.
Μετά τη χαρτογράφηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας, ο χάρτης προβάλλεται με έντονα χρώματα και σε πολλαπλές διαστάσεις στις περιοχές του εγκεφάλου που οργανώνουν τη γλώσσα. Ενα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα που περιγράφει το μέγεθος της επιτυχίας είναι η δυνατότητα να εντοπίζονται οι περιοχές που ανταποκρίνονται στο άκουσμα λέξεων με παρόμοια σημασία.
Χαρτογράφηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας
Το σημαντικό είναι ότι η χαρτογράφηση της οργάνωσης που έχει η γλώσσα στον εγκέφαλο θα επιτρέψει στο μέλλον να αποκωδικοποιηθεί σε πρακτικό επίπεδο ο εσωτερικός διάλογος που όλοι βιώνουμε κάθε στιγμή της ζωή μας και πιθανόν να έχει οφέλη και στην καθημερινή ζωή.
Όπως επισημαίνουν οι ειδικοί, μέσα από αυτή τη χαρτογράφηση βήμα-βήμα θα ανοίξει ο δρόμος στην διεπαφή ανθρώπου μηχανής, στην επικοινωνία του δηλαδή με τεχνολογικές εφαρμογές, καθώς με τα σημερινά δεδομένα υπάρχει η ελπίδα ότι κάποια στιγμή ένας υπολογιστής θα μεταφράζει αυτό που θέλει να πει, αλλά αδυνατεί, ο άνθρωπος μέσω των νοημάτων και όχι μόνον μέσω του ήχου που ταυτίζεται με μια λέξη.
Επομένως μέσα από μια πολύ πιο πυκνή ροή πληροφορίας ενδεχομένως να αλλάξουν και τα δεδομένα της ζωής του.
Όταν επιτευχθεί αυτό τότε είναι προφανές ότι η συγκεκριμένη επικοινωνία θα είναι κατά το δυνατόν ολοκληρωμένη και αποτελεσματική συγκριτικά με τα σημερινά δεδομένα.
Είναι προφανές ότι η ολοένα βαθύτερη κατάδυση στα μυστικά του εγκεφάλου επιφυλάσσει πολλές εκπλήξεις αλλά και θα ανοίξει νέες διαδρομές σε άλυτα ως σήμερα ζητήματα, όπως και αν το εκλάβουμε-θετικά αλλά και ενδεχομένως αρνητικά.
Ένα παράδειγμα είναι το ισχυρό εργαλείο που θα έχουν οι κλινικοί γιατροί σε μια πολύ λεπτή και σύνθετη διαδικασία.
Όταν τα συμπεράσματα της μελέτης καταλήξουν σε τεχνολογική εφαρμογή θα είναι σε θέση να παρακολουθούν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου ασθενών με ουσιαστική δυσκολία στην επικοινωνία τους με το περιβάλλον.
Επομένως είναι βάσιμο να υπάρχουν ελπίδες ότι, συνδυάζοντας τα κλινικά δεδομένα με τον «σημασιολογικό άτλαντα» μέσω της τεχνολογίας, θα είναι σε θέση να καταλάβουν τι πραγματικά θέλουν να μας πουν όσοι αδυνατούν να μιλήσουν, ενώ την ίδια στιγμή οι «εγκλωβισμένες» σκέψεις τους είναι πλήρεις νοημάτων.
Το πείραμα
Ο μοναδικός τρόπος για να συνθέσουν τον «σημασιολογικό χάρτη» προκειμένου να αποκωδικοποιήσουν αυτό που θα έλεγε κανείς τις νοηματικά οργανωμένες σκέψεις ήταν ένα πρακτικό πείραμα που αποδείχτηκε εξαιρετικά αποκαλυπτικό.
Εθελοντές συμμετείχαν στην επί δίωρο ακρόαση με ακουστικά ραδιοφωνικής εκπομπής, ενώ την ίδια στιγμή μέσω της εξέτασης fMRI καταγραφόταν η εγκεφαλική δραστηριότητα.
Το περιεχόμενο του προγράμματος περιλάμβανε αφηγήσεις με χιούμορ αλλά και με δυσάρεστο περιεχόμενο προκειμένου να διεγερθεί ο εγκέφαλος στα μηνύματα που περιείχαν.
Η εξέταση fMRI είναι μη επεμβατική τεχνική για την μέτρηση και χαρτογράφηση της ροής του αίματος και κατά συνέπεια της εγκεφαλικής δραστηριότητας, μέσω της οποίας οι ειδικοί μπορούν να αποκωδικοποιήσουν την περίπλοκη δραστηριότητα του.
Τα αποτελέσματα της μαγνητικής απεικόνισης συγκρίθηκαν με τις χρονικά κωδικοποιημένες φωνολογικές μεταγραφές από τις αφηγήσεις στην ραδιοφωνική εκπομπή με μονάδα αναφοράς τα «φωνήματα».
Στη συνέχεια οι ερευνητές εισήγαγαν τα αποτελέσματα σε ειδικά προγράμματα υπολογιστή για μελέτη και ανάλυση.
Κατόπιν επεξεργασίας τα αποτελέσματα μετατράπηκαν σε χάρτη όπου οι λέξεις διατάσσονται σημασιολογικά στις επίπεδες από την χαρτογράφηση εικόνες του αριστερού και δεξιού ημισφαιρίου συνθέτοντας έτσι ένα σημαντικό εργαλείο ερμηνείας για τους επιστήμονες.
Είναι ενδιαφέρον ότι στην σύνθετη αυτή διαδικασία οι λέξεις ομαδοποιήθηκαν σε ενότητες, όπως για παράδειγμα οπτικές, απτικές, αριθμητικές, τοπολογίας, βίας, συναισθηματικής, κοινωνικής κ.λπ.
Τα συμπεράσματα
Ένα από τα συμπεράσματα που εξέπληξαν τους ερευνητές είναι ότι τουλάχιστον το 1/3 του εγκεφαλικού φλοιού δραστηριοποιείται στην επεξεργασία της γλώσσας. Στις συγκεκριμένες περιοχές συμπεριλαμβάνονται και αυτές που λειτουργούν στο υψηλότερο επίπεδο νόησης.
Αν και μάλλον οι ερευνητές δεν το περίμεναν, από την έρευνα διαπιστώθηκε ότι διαφορετικοί άνθρωποι μοιράζονται ουσιαστικά όμοια χαρτογράφηση στην επεξεργασία της γλώσσας.
Επίσης οι χάρτες δείχνουν ότι πολλές περιοχές του εγκεφάλου λειτουργικά αντιπροσωπεύουν λέξεις που περιγράφουν ανθρώπους και κοινωνικές σχέσεις, ενώ λιγότερες είναι εκείνες που λειτουργούν για αφηρημένες έννοιες.
Μέτα την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων οι επιστήμονες διαμόρφωσαν επαρκή σημασιολογικά μοντέλα που προβλέπουν την αντίδραση μεγάλων τμημάτων του εγκεφάλου στις λέξεις. Επίσης μέσω των ίδιων μοντέλων λαμβάνουν λεπτομερή στοιχεία για το είδος των πληροφοριών που αντιστοιχούν σε κάθε περιοχή του εγκεφάλου.
Πάντως ενώ οι χάρτες αυτοί εφαρμόζονται σε μια μεγάλη πλειοψηφία των ανθρώπων, την ίδια στιγμή διαπιστώνεται ότι υπάρχουν ζωτικές διαφορές ανάμεσα στους ανθρώπους γι' αυτό και θα πρέπει να γίνουν συστηματικές μελέτες σε μεγαλύτερο δείγμα εθελοντών.
Άλλωστε και η βαρύτητα των συμπερασμάτων το επιβάλλει σε γενικότερη κλίμακα.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών και δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Nature.
Χρήστος Προυκάκης
http://www.efsyn.gr/arthro/xartografisan-tis-antidraseis-toy-egkefaloy-stis-lexeis
2/5/2016