Η ιδανική κατάσταση για τον εγκέφαλό μας μπορεί να είναι μια εύθραυστη ισορροπία που ονομάζεται «κρισιμότητα», όπου ο εγκέφαλος είναι πιο έτοιμος να μάθει και να προσαρμοστεί. Η απώλεια αυτής της ισορροπίας θα μπορούσε να είναι η ρίζα ασθενειών όπως το Αλτσχάιμερ και η ανάκτησή της θα μπορούσε να είναι το «κλειδί» για την πρόληψη και τη θεραπεία.
Σε μια νέα εργασία που έχει να κάνει και με την πρόληψη της νόσου Αλτσχάιμερ και άλλων νευρολογικών διαταραχών, ο Keith Hengen, αναπληρωτής καθηγητής βιολογίας στο τμήμα Τεχνών και Επιστημών του Πανεπιστημίου Ουάσινγκτον στο Σεντ Λούις, προτείνει μια νέα ολοκληρωμένη προσέγγιση για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου και των κανόνων που πρέπει να ακολουθεί για να επιτύχει τη βέλτιστη απόδοση.
«Υπάρχει μια κοινή αντίληψη ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι το πιο περίπλοκο πράγμα στο σύμπαν», λέει ο Hengen. «Ο εγκέφαλος είναι εξαιρετικά ισχυρός, αλλά αυτή η δύναμη μπορεί να προκύπτει από ένα σχετικά απλό σύνολο μαθηματικών αρχών», εξηγεί.
Ο εγκέφαλος στο χάος
Ο Hengen ξεκινά από την παραδοχή ότι σχεδόν όλα όσα κάνει ο εγκέφαλός μας μαθαίνονται ή διαμορφώνονται έντονα από την εμπειρία. Με άλλα λόγια, δεν γεννιόμαστε με καλωδιωμένα κυκλώματα που είναι προγραμματισμένα εκ των προτέρων να μας βοηθούν να διαβάζουμε, να οδηγούμε αυτοκίνητο ή να κάνουμε οτιδήποτε άλλο κάνουμε καθημερινά. Ένας υγιής εγκέφαλος πρέπει να είναι έτοιμος να μάθει τα πάντα.
Πώς όμως μια συλλογή νευρώνων είναι ικανή να μαθαίνει; Ο Hengen προτείνει ότι οι εγκέφαλοι γίνονται μηχανές μάθησης μόνο όταν φτάσουν σε μια ειδική κατάσταση που ονομάζεται «κρισιμότητα». Η κρισιμότητα (κρίσιμο σημείο), μια έννοια προερχόμενη από τη Φυσική, περιγράφει ένα πολύπλοκο σύστημα που βρίσκεται στο σημείο καμπής μεταξύ τάξης και χάους. Σε αυτή την κόψη του ξυραφιού, ο εγκέφαλος είναι έτοιμος να μάθει νέες πληροφορίες, λέει ο Hengen. «Ο εγκέφαλος πρέπει να φτάσει στο κρίσιμο σημείο για να σκέφτεται, να θυμάται και να μαθαίνει», εξηγεί.
Ο Hengen πρότεινε την κρισιμότητα ως ενοποιητική θεωρία της εγκεφαλικής λειτουργίας και των ασθενειών στο έγκριτο περιοδικό Neuron.
Οι φυσικοί συχνά περιγράφουν την κρισιμότητα χρησιμοποιώντας το κλασικό παράδειγμα ενός σωρού άμμου: Όσο προστίθεται άμμος, ο σωρός γίνεται όλο και πιο απότομος, μέχρι να τελικά να αρχίσει να καταρρέει. Τη στιγμή ακριβώς που ο τελευταίος κόκκος θα προκαλέσει μια στιγμή χάους, ο σωρός βρισκόταν σε ένα κρίσιμο σημείο, ένα βήμα πριν από την αστάθεια.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η κρισιμότητα δεν είναι απλώς μια θεωρητική έννοια. Είναι μια κατάσταση που μπορεί να μετρηθεί και να υπολογιστεί με ακρίβεια μέσω της τεχνολογίας απεικόνισης του εγκεφάλου fMRI.
Μια νέα κατανόηση της ασθένειας
Η νέα αυτή θεωρία προσφέρει μια νέα προοπτική για την κατανόηση των νευρολογικών ασθενειών. Αντί να εστιάζει σε συγκεκριμένες κατεστραμμένες περιοχές του εγκεφάλου ή συσσωρευμένες πρωτεΐνες, ο Hengen υποστηρίζει ότι ασθένειες όπως η νόσος Αλτσχάιμερ καταστρέφουν κάτι πιο βασικό: την ικανότητα του εγκεφάλου να διατηρεί την κρισιμότητα.
«Το Αλτσχάιμερ και άλλες νευροεκφυλιστικές ασθένειες δεν καταστρέφουν απλώς τους νευρώνες, αλλά καταστρέφουν τη γενική ικανότητα του εγκεφάλου να υπολογίζει, διαλύοντας αργά την κρισιμότητα», εξήγησε ο Hengen. «Καθώς ο εγκέφαλος απομακρύνεται όλο και περισσότερο από την κρισιμότητα, χάνει την ικανότητα να προσαρμόζεται και να επεξεργάζεται αποτελεσματικά τις πληροφορίες».
Αυτό το πλαίσιο εξηγεί ένα αινιγματικό χαρακτηριστικό των εγκεφαλικών ασθενειών: Οι ασθενείς συχνά φαίνονται απολύτως φυσιολογικοί μέχρι να χάσουν πολλούς νευρώνες. «Ο εγκέφαλος διαθέτει αξιοσημείωτες αντισταθμιστικές ικανότητες που μπορούν να καλύψουν τα λειτουργικά προβλήματα ακόμη και όταν η κρισιμότητα αρχίζει να διαβρώνεται», λέει ο Hengen. «Οι παραδοσιακές αξιολογήσεις χάνουν τα πρώιμα στάδια επειδή επικεντρώνονται σε καθιερωμένα τελικά σημεία που ο εγκέφαλος προσπαθεί να διατηρήσει μέσω παρακάμψεων», προσθέτει.
Καθώς η κρισιμότητα σταδιακά επιδεινώνεται, ο εγκέφαλος εργάζεται σκληρότερα για να επιτύχει τα ίδια γνωστικά αποτελέσματα. «Είναι σαν μια μηχανή που εξακολουθεί να λειτουργεί αλλά απαιτεί περισσότερα καύσιμα και παράγει περισσότερη θερμότητα. Μέχρι τη στιγμή που θα παρατηρήσουμε προβλήματα μνήμης ή άλλα συμπτώματα, η κρισιμότητα μειωνόταν πιθανότατα για χρόνια».
Η έρευνα των επιστημόνων αποκάλυψε ότι η συσσώρευση της πρωτεΐνης tau στη νόσο Αλτσχάιμερ διαταράσσει άμεσα την κρισιμότητα, παρέχοντας μια σαφή σύνδεση μεταξύ των μοριακών χαρακτηριστικών της νόσου και της γνωστικής κατάρρευσης.
Αυτή η σύνδεση μεταξύ της κρισιμότητας και της νόσου Αλτσχάιμερ ανοίγει συναρπαστικές διαγνωστικές δυνατότητες. Θεωρητικά, μια απλή μαγνητική τομογραφία θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανίχνευση των βλαβών στην κρισιμότητα χρόνια πριν εμφανιστούν τα συμπτώματα. «Σε συνδυασμό με εξετάσεις αίματος αιχμής, θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε τα άτομα που διατρέχουν κίνδυνο και να παρέμβουμε προτού προκληθεί μη αναστρέψιμη βλάβη», τονίζει ο Hengen.
Σε μια άλλη συνεργασία, ο Hengen συνεργάστηκε με την Deanna Barch, καθηγήτρια ψυχιατρικής Gregory B. Couch στην Ιατρική του WashU και καθηγήτρια ψυχολογικών και εγκεφαλικών επιστημών στις Τέχνες και Επιστήμες, για μια μελέτη παρατήρησης για να δει πώς η κρισιμότητα κατά τη γέννηση καθορίζει τη γνωστική ανάπτυξη και τις ικανότητες στην παιδική ηλικία. «Από την αρχή, κάποια παιδιά είναι πιο κοντά στην κρισιμότητα από άλλα, γεγονός που, με βάση τη θεωρία μας, υποδηλώνει ότι θα είναι καλύτεροι μαθητές», δήλωσε ο Hengen. «Πολλοί εξωτερικοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν την επιτυχία τους στο σχολείο, αλλά η κρισιμότητα μπορεί να εξηγήσει ένα εντυπωσιακό ποσοστό των διαφορών που παρατηρούνται μεταξύ των παιδιών».
Η σύνδεση ύπνου-μυαλού
Στις αρχές του 2024, ο Hengen και ο συν-συγγραφέας Ralf Wessel, καθηγητής φυσικής στο τμήμα Τεχνών και Επιστημών του WashU, χρησιμοποίησαν την έννοια της κρισιμότητας για να επανεξετάσουν ένα πανάρχαιο ερώτημα: Γιατί χρειαζόμαστε τον ύπνο; Παρακολουθώντας την εγκεφαλική δραστηριότητα επί πολλές εβδομάδες, διαπίστωσαν ότι ο ύπνος αποκαθιστά μια κατάσταση κρισιμότητας. «Το να είμαστε ξύπνιοι και ενεργοί μας απομακρύνει από την κρισιμότητα και ο ύπνος είναι σαν ένα κουμπί επαναφοράς», εξήγησε ο Hengen.
Αυτή η διαπίστωση θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να ξεκλειδώσουν τη δύναμη του ύπνου ως θεραπεία για τη νόσο Αλτσχάιμερ και άλλες νευρολογικές ασθένειες που απομακρύνουν τον εγκέφαλο από τη βέλτιστη κατάστασή του. Προηγούμενες μελέτες του Holtzman και άλλων έχουν διαπιστώσει ότι οι άνθρωποι που δεν κοιμούνται όσο χρειάζονται – ίσως λόγω εκ περιτροπής εργασίας ή χρόνιας αϋπνίας – διατρέχουν πολύ υψηλότερο κίνδυνο για Αλτσχάιμερ καθώς μεγαλώνουν. Και υπάρχουν ήδη κάποιες ενδείξεις ότι οι παρεμβάσεις στον ύπνο μπορούν να βοηθήσουν στην επιβράδυνση της εξέλιξης των συμπτωμάτων του Αλτσχάιμερ.
Ο Hengen πιστεύει ότι η στοχευμένη, εντατική θεραπεία με βάση τον ύπνο θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκατάσταση της κρισιμότητας και στη βελτίωση της μάθησης και της μνήμης σε άτομα με εγκεφαλική νόσο. Μελέτες σε ποντίκια που διεξήχθησαν από τον Holtzman και τον James McGregor, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο εργαστήριο του Hengen, προσφέρουν μια γεύση των δυνατοτήτων: Τα ποντίκια που εκτρέφονται ειδικά για να έχουν συμπτώματα της νόσου Αλτσχάιμερ αρχίζουν να μαθαίνουν ταχύτερα μετά από μια στοχευμένη παρέμβαση στον ύπνο που ενισχύει την κρισιμότητα.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΗ:
Εγκέφαλος: Μόλις 5 λεπτά άσκησης αρκούν για να τον κρατήσουν ζωντανό
