Επιστήμονες δημιούργησαν τον πληρέστερο μέχρι σήμερα χάρτη του ανθρώπινου εγκεφάλου

Μια διεθνής επιστημονική ομάδα δημιούργησε τον μεγαλύτερο μέχρι στιγμής χάρτη των ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων, αποκαλύπτοντας περισσότερους από 3.000 τύπους – πολλοί από τους οποίους είναι άγνωστοι στην επιστήμη. Ο άτλαντας του εγκεφάλου, ένα πρότζεκτ ύψους 375 εκατομμυρίων δολαρίων που ξεκίνησε το 2017, έχει εντοπίσει περισσότερους από 3.300 τύπους εγκεφαλικών κυττάρων. Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν μόνο μια αμυδρή ιδέα για το τι κάνουν τα νεοανακαλυφθέντα κύτταρα.

Ο χάρτης προσφέρει μια λεπτομερή εικόνα του πιο πολύπλοκου οργάνου του ανθρώπινου σώματος. Οι ερευνητές είχαν προηγουμένως χαρτογραφήσει τον ανθρώπινο εγκέφαλο χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, αλλά αυτός είναι ο πρώτος άτλαντας ολόκληρου του ανθρώπινου εγκεφάλου σε κυτταρικό επίπεδο που δείχνει τις περίπλοκες μοριακές αλληλεπιδράσεις του, δήλωσε ο Άντονι Χάναν, νευροεπιστήμονας στο Florey Institute of Neuroscience and Mental Health στη Μελβούρνη της Αυστραλίας.

«Αυτού του είδους οι άτλαντες θέτουν πραγματικά τις βάσεις για μια πολύ καλύτερη κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου», σημείωσε.

Ο Εντ Λέιν, νευροεπιστήμονας στο Ινστιτούτο Allen για την Επιστήμη του Εγκεφάλου στο Σιάτλ των ΗΠΑ, ο οποίος ηγήθηκε πέντε από τις μελέτες, δήλωσε ότι τα ευρήματα έγιναν δυνατά χάρη στις νέες τεχνολογίες που επέτρεψαν στους ερευνητές να εξετάσουν εκατομμύρια ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα που λήφθηκαν από βιοψίες ιστών ή από αποθανόντες.

«Δείχνει πραγματικά τι μπορεί να γίνει τώρα», δήλωσε ο Δρ. Λέιν. «Ξεκινά μια εντελώς νέα εποχή για τις νευροεπιστήμες», σημείωσε.

Παρόλα αυτά, ο Δρ. Λέιν δήλωσε ότι ο άτλαντας ήταν απλώς ένα πρώτο προσχέδιο. Ο ίδιος και οι συνάδελφοί του έχουν δειγματοληπτήσει μόνο ένα μικρό μέρος των 170 δισεκατομμυρίων κυττάρων που εκτιμάται ότι αποτελούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο, και οι μελλοντικές έρευνες θα αποκαλύψουν σίγουρα περισσότερους τύπους κυττάρων, είπε.

Ο Δρ. Λέιν και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν την χαρτογράφηση του ανθρώπινου εγκεφάλου επιθεωρώντας τον τρόπο με τον οποίο τα εγκεφαλικά κύτταρα ενεργοποιούν διαφορετικά γονίδια. Τουλάχιστον 16.000 γονίδια είναι ενεργά στον εγκέφαλο και ενεργοποιούνται σε διαφορετικούς συνδυασμούς και τύπους κυττάρων.

Η Κίμπερλι Σιλέτι, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστημιακό Ιατρικό Κέντρο της Ουτρέχτης στις Κάτω Χώρες, και η ομάδα της έθεσαν τις βάσεις για τον άτλαντα με την αλληλουχία του RNA περισσότερων από 3 εκατομμύρια μεμονωμένων κυττάρων από 106 θέσεις που καλύπτουν ολόκληρο τον ανθρώπινο εγκέφαλο, χρησιμοποιώντας δείγματα ιστού από τρεις αποβιώσαντες άνδρες δότες. Συμπεριέλαβαν επίσης ένα τεμάχιο του κινητικού φλοιού από γυναίκα δότη που είχε χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενες μελέτες. Η ερευνητική ομάδα κατέγραψε 461 ευρείες κατηγορίες εγκεφαλικών κυττάρων που περιλάμβαναν περισσότερους από 3.000 υποτύπους.

«Έμεινα έκπληκτη από το πόσοι διαφορετικοί τύποι κυττάρων υπάρχουν», δήλωσε η ερευνήτρια.

Ορισμένα από τα πρόσφατα αναγνωρισμένα κύτταρα βρέθηκαν σε στρώματα του εγκεφαλικού φλοιού στην εξωτερική επιφάνεια του εγκεφάλου. Η περιοχή αυτή είναι απαραίτητη για πολύπλοκα νοητικά καθήκοντα, όπως η χρήση της γλώσσας και η κατάρτιση σχεδίων για το μέλλον. Ωστόσο, οι νέες μελέτες αποκαλύπτουν ότι μεγάλο μέρος της ποικιλομορφίας του εγκεφάλου βρίσκεται έξω από τον εγκεφαλικό φλοιό. Ένας τεράστιος αριθμός από τους τύπους κυττάρων που αποκαλύφθηκαν στο πλαίσιο του προγράμματος, βρίσκονται στις βαθύτερες περιοχές του εγκεφάλου, όπως το εγκεφαλικό στέλεχος, μια δομή που ενώνει τον εγκέφαλο με τοννωτιαίο μυελό.

Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης πολλούς νέους τύπους νευρώνων, κύτταρα που χρησιμοποιούν ηλεκτρικά σήματα και χημικές ουσίες για να επεξεργάζονται πληροφορίες. Οι νευρώνες αποτελούν μόνο τα μισά περίπου κύτταρα του εγκεφάλου. Τα άλλα μισά είναι πολύ πιο μυστηριώδη.

Τα αστροκύτταρα, για παράδειγμα, φαίνεται να βοηθούν τους νευρώνες ώστε να συνεχίσουν να λειτουργούν σωστά. Τα μικρογλοία χρησιμεύουν ως κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος, επιτίθενται σε ξένους εισβολείς και αφαιρούν ορισμένα νευρωνικά κλαδιά για να βελτιώσουν τη σηματοδότησή τους. Οι ερευνητές βρήκαν επίσης πολλούς νέους τύπους αυτών των κυττάρων.

Η διεθνής ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ορισμένες από τις ίδιες μεθόδους για να μελετήσει τους εγκεφάλους των χιμπατζήδων και άλλων ειδών με στόχο την κατανόηση της εξέλιξης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί να είναι μοναδικός εν μέρει επειδή ανέπτυξε νέα είδη κυττάρων. Ωστόσο οι ερευνητές εξεπλάγησαν όταν διαπίστωσαν ότι όλοι οι τύποι κυττάρων που εντοπίστηκαν στους ανθρώπινους εγκεφάλους υπήρχαν στους χιμπαντζήδες και τους γορίλες. Μέσα σε αυτά τα κύτταρα, οι ερευνητές ανακάλυψαν μερικές εκατοντάδες γονίδια που ήταν είτε περισσότερο είτε λιγότερο ενεργά στους ανθρώπους σε σχέση με τα άλλα πρωτεύοντα θηλαστικά. Πολλά από αυτά τα γονίδια είναι κοντά σε γενετικούς «διακόπτες» που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν γονίδια.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι ορισμένα από τα γονίδια που κάνουν τους ανθρώπους ξεχωριστούς εμπλέκονται στην οικοδόμηση των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων, γνωστών ως συνάψεις.

«Οι συνδέσεις είναι που μας κάνουν να ξεχωρίζουμε από τους χιμπαντζήδες», δήλωσε ο Τρίγκβε Μπάκεν, νευροεπιστήμονας στο Ινστιτούτο Allen Brain που εργάστηκε στις μελέτες για τα πρωτεύοντα θηλαστικά.

Η Μέγκαν Κάρεϊ, νευροεπιστήμονας στο Champalimaud Center for the Unknown στην Πορτογαλία, η οποία δεν συμμετείχε στο έργο, δήλωσε ότι η έρευνα παρείχε ένα συγκλονιστικό ποσό νέων δεδομένων για τους ερευνητές που μπορούν να χρησιμοποιήσουν σε μελλοντικές μελέτες.

«Νομίζω ότι πρόκειται για μια τεράστια επιτυχία», δήλωσε.

Ωστόσο, προειδοποίησε ότι η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου δεν θα είναι θέμα απλής καταγραφής κάθε μέρους του μέχρι τις πιο μικρές λεπτομέρειες. Οι νευροεπιστήμονες θα πρέπει επίσης να κάνουν ένα βήμα πίσω και να εξετάσουν τον εγκέφαλο ως ένα αυτορυθμιζόμενο σύστημα.

«Θα υπάρξουν απαντήσεις σε αυτό το σύνολο δεδομένων που θα μας βοηθήσουν να πλησιάσουμε περισσότερο σε αυτό», δήλωσε η ερευνήτρια προσθέτοντας ότι «απλώς δεν ξέρουμε ποιες είναι αυτές ακόμη».

Ο Άνταν Χάντμαν, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, ο οποίος δεν συμμετείχε στο έργο, δήλωσε ότι ο άτλαντας θα βοηθήσει ορισμένες έρευνες. Αμφισβήτησε ωστόσο το κατά πόσο μια λίστα κυτταρικών τύπων θα μπορούσε να διαφωτίσει την πολύπλοκη συμπεριφορά του εγκεφάλου.

Τα ευρήματα περιγράφονται σε 21 άρθρα που δημοσιεύθηκαν την προηγούμενη εβδομάδα στο «Science» και σε άλλα επιστημονικά περιοδικά.

ΠΗΓΗ: New York Times, Nature