Ανατροπή στη νευροεπιστήμη: Ο εγκέφαλος δεν παίρνει αποφάσεις όπως νομίζαμε

Μια διεθνής συνεργασία 22 εργαστηρίων, με επικεφαλής νευροεπιστήμονες του Πανεπιστημίου Princeton, κατέγραψε τη δραστηριότητα περισσότερων από 620.000 νευρώνων και αποκάλυψε τη συμμετοχή νέων περιοχών του εγκεφάλου στη διαδικασία της λήψης αποφάσεων.

Ποντίκια που γύριζαν μικροσκοπικά τιμόνια για να μετακινήσουν σχήματα σε μια οθόνη βοήθησαν τους επιστήμονες να δημιουργήσουν τον πρώτο χάρτη ολόκληρου του εγκεφάλου με ανάλυση σε επίπεδο μεμονωμένων κυττάρων σε θηλαστικό.

Για δεκαετίες, οι περισσότερες μελέτες στη νευροεπιστήμη επικεντρώνονταν σε μικρές ομάδες κυττάρων σε απομονωμένες περιοχές του εγκεφάλου. «Αλλά αυτή η μέθοδος είναι εσφαλμένη», εξηγεί η Ilana Witten, Ph.D., καθηγήτρια νευροεπιστήμης στο Princeton University και ερευνήτρια του Howard Hughes Medical Institute. «Ο εγκέφαλος λαμβάνει συνεχώς αποφάσεις στην καθημερινή ζωή και έχουμε συνειδητοποιήσει ότι πολλές περιοχές, και όχι μόνο μία ή δύο, συμβάλλουν στη λήψη αποφάσεων».

Η Witten, σε συνεργασία με το International Brain Laboratory (IBL) —μια παγκόσμια κοινοπραξία 22 εργαστηρίων σε Ευρώπη και ΗΠΑ— συντόνισε μια κοινή, τυποποιημένη προσέγγιση για την παρακολούθηση της νευρικής δραστηριότητας κατά τη διάρκεια συμπεριφορικών δοκιμών, ώστε να κατανοηθεί καλύτερα η πολυπλοκότητα της διαδικασίας λήψης αποφάσεων.

Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στις 3 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Nature, περιλαμβάνουν δεδομένα από περισσότερους από 600.000 νευρώνες σε 279 περιοχές του εγκεφάλου 139 ποντικών, προσφέροντας μια πρωτοφανή εικόνα του τρόπου με τον οποίο τα κατανεμημένα νευρωνικά δίκτυα συνεργάζονται για να καθοδηγήσουν τη συμπεριφορά.

Η πρόκληση της χαρτογράφησης του εγκεφάλου

Η χαρτογράφηση ενός ολόκληρου εγκεφάλου σε δράση, ακόμη και ενός τόσο μικρού όσο του ποντικού, αποτελεί τεράστια πρόκληση. «Αυτό δεν είχε ξαναγίνει ποτέ», σημείωσε ο Alejandro Pan Vazquez, Ph.D., συνεργάτης ερευνητής στο εργαστήριο της Witten. «Χρειάστηκε μεγάλη οργανωτική καινοτομία για να ενσωματωθούν τα δεδομένα από διαφορετικά εργαστήρια. Ήταν η πρώτη φορά που μια τόσο μεγάλη συνεργασία πραγματοποιήθηκε στη νευροεπιστήμη».

Τρία εργαστήρια του Princeton —με επικεφαλής τις Tatiana Engel, Ph.D., και Jonathan Pillow, Ph.D.— υποστήριξαν το έργο, συντονίζοντας τις προσπάθειες των συμμετεχόντων εργαστηρίων, καθορίζοντας πρότυπα ελέγχου ποιότητας και αναπτύσσοντας ενιαία πρωτόκολλα ανάλυσης που επέτρεψαν τη συνένωση όλων των δεδομένων σε έναν κοινό πόρο για την επιστημονική κοινότητα.

Το πείραμα με τα τιμόνια και τους κύκλους

Στο πείραμα, τα ποντίκια κάθονταν μπροστά σε μια οθόνη όπου εμφανιζόταν για λίγο ένας ασπρόμαυρος κύκλος, αριστερά ή δεξιά. Με τη βοήθεια ενός μικρού τιμονιού, έπρεπε να μετακινήσουν τον κύκλο στο κέντρο για να κερδίσουν μια σταγόνα γλυκού νερού — συνήθως μέσα σε ένα δευτερόλεπτο.

Σε ορισμένες δοκιμές, ο κύκλος ήταν αχνός, αναγκάζοντας τα ζώα να βασιστούν στην προηγούμενη εμπειρία τους. Έτσι, οι ερευνητές μπορούσαν να μελετήσουν πώς οι προσδοκίες επηρεάζουν τις μελλοντικές αποφάσεις.

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, η εγκεφαλική δραστηριότητα καταγραφόταν με ηλεκτρόδια υψηλής πυκνότητας, επιτρέποντας την ταυτόχρονη παρακολούθηση εκατοντάδων νευρώνων σε πολλές περιοχές. Συνολικά, συλλέχθηκαν δεδομένα από 620.000 νευρώνες, σε 12 εργαστήρια, καλύπτοντας σχεδόν ολόκληρο τον εγκέφαλο του ποντικού.

Απρόσμενα ευρήματα

Ο τελικός χάρτης αποκάλυψε ότι η δραστηριότητα που σχετίζεται με τη λήψη αποφάσεων κατανέμεται σε ολόκληρο τον εγκέφαλο, περιλαμβάνοντας περιοχές που μέχρι πρότινος συνδέονταν αποκλειστικά με την κίνηση και όχι με τη σκέψη.

«Ένα από τα σημαντικά συμπεράσματα είναι ότι η λήψη αποφάσεων είναι πραγματικά ευρέως κατανεμημένη στον εγκέφαλο, ακόμη και σε περιοχές που θεωρούσαμε μη εμπλεκόμενες», ανέφερε η Witten. Παράλληλα, τόνισε ότι η δημοσίευση των αποτελεσμάτων «προβάλλει αυτό το μοναδικό σύνολο δεδομένων ως πόρο για όλο το πεδίο, ώστε να αξιοποιηθεί για νέες αναλύσεις και ανακαλύψεις».