Οι επιστήμονες κόβουν ένα παράθυρο σε έναν εγκέφαλο του ποντικιού, και έπειτα λάμπει ένα λέιζερ σε αυτό για να προκαλέσει ψευδαισθήσεις.
Αυτό είναι περίεργο - αλλά τα αποτελέσματα της μελέτης, που δημοσιεύθηκε σήμερα (18 Ιουλίου) στο περιοδικό Science, ήταν ακόμη πιο περίπλοκα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ενώ τα ποντίκια έχουν πολλά εκατομμύρια νευρώνες ή κύτταρα εγκεφάλου, το φως του λέιζερ χρειάζεται να αγγίξει μόνο 20 από αυτούς, προκειμένου να ξεγελάσει το ποντίκι για να αναγνωρίσει ένα μοτίβο στον τοίχο που δεν ήταν πραγματικά εκεί.
Αυτά τα αποτελέσματα ενέπνευσαν τους ερευνητές να ρωτήσουν το σπάνια προφορικό ερώτημα: Γιατί τα ποντίκια (και οι άνθρωποι) συνεχώς αποκλείονται;
"Ένας εγκέφαλος ποντικιού έχει εκατομμύρια νευρώνες, ένας ανθρώπινος εγκέφαλος έχει πολλά δισεκατομμύρια", ανέφερε σε δήλωσή του ο συγγραφέας της μελέτης Karl Deisseroth, νευροεπιστήμονας και ψυχίατρος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. "Εάν μόλις 20 περίπου μπορούν να δημιουργήσουν μια αντίληψη, τότε γιατί δεν είμαστε παραισθησιογόνα όλη την ώρα, λόγω ψευδούς τυχαίας δραστηριότητας;"
Αυτή η απίστευτη νοητική ευαισθησία υποδηλώνει ότι οι εγκέφαλοι των θηλαστικών είναι ίσως ακόμη πιο λεπτά μηχανήματα από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως, πρόσθεσε ο Deisseroth, ικανός να ανταποκριθεί σε υπερβολικά χαμηλό αριθμό εγκεφαλικών κυττάρων χωρίς να αποπροσανατολιστεί πολύ από τους τυχαία παραμορφωμένους νευρώνες. Ενώ το παρόν πείραμα εξέταζε μόνο την αναγνώριση απλών οπτικών μοτίβων, είναι πιθανό ότι πιο σύνθετες διανοητικές αισθήσεις, όπως τα συναισθήματα ή οι μνήμες, ελέγχονται ομοίως από έναν εκπληκτικά μικρό αριθμό εγκεφαλικών κυττάρων.
Τερματισμός σε λέιζερ
Πώς κάνετε ένα ποντίκι να παραισθήνει χωρίς, ας πούμε, να το γλιστρήσει ψυχεδελικά φάρμακα; Για αυτό το πείραμα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται optogenetics - ουσιαστικά, η εισαγωγή ευαίσθητων στο φως γονιδίων σε έναν εγκέφαλο ενός ζώου που προκαλούν ορισμένους νευρώνες να πυροβολούν όταν εκτίθενται σε ορισμένα μήκη κύματος φωτός.
Η τεχνική έχει χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενες μελέτες για να μετατρέψει τα ποντίκια σε "ζόμπι" τρελών πείνας και να βοηθήσει τους αρουραίους να κλωτσήσουν τη συνήθεια κοκαΐνης. Εδώ χρησιμοποιήθηκε για να μάθει πώς οι εγκέφαλοι των ποντικών ανταποκρίνονται όταν παρουσιάζονται διάφορα σχέδια οριζόντιων και κάθετων γραμμών και για να δουν αν αυτές οι νευρικές απαντήσεις θα μπορούσαν να δημιουργηθούν ξανά μόνο με παλμούς μικρών ομάδων νευρώνων με στοχευμένο φως.
Οι ερευνητές ολοκλήρωσαν αυτό το έργο, χαράζοντας ένα κυριολεκτικό παράθυρο στα κρανία των ποντικιών (πλήρης με διαφανή υαλοπίνακα και τα πάντα). Αυτή η χειρουργική επέμβαση εξέθεσε τον οπτικό φλοιό - την περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για την επεξεργασία οπτικών πληροφοριών τόσο σε ποντίκια όσο και σε ανθρώπους. Οι επιστήμονες εισήγαγαν επίσης γονίδια στα ποντίκια για να παράγουν δύο διαφορετικές πρωτεΐνες, μία που προκάλεσε νευρώνες να ανάβουν πράσινα όταν ενεργοποιούνταν και ένα άλλο που προκάλεσε νευρώνες στη φωτιά όταν εκτέθηκαν σε ένα συγκεκριμένο υπέρυθρο φως λέιζερ.
Έπειτα, οι ερευνητές έδειξαν στα ποντίκια ένα μοτίβο κινουμένων παράλληλων γραμμών και τους εκπαίδευσαν να γλείφουν ένα στόμιο νερού όταν οι γραμμές ήταν απόλυτα κατακόρυφες ή τελείως οριζόντιες. Χάρη στις πρωτείνες με πράσινο-λαμπερό χρώμα, οι επιστήμονες είδαν ακριβώς ποιοι νευρώνες πυροδότησαν όταν τα ποντίκια αναγνώρισαν και αντέδρασαν στους διαφορετικούς προσανατολισμούς της γραμμής. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να αναπτύξουν ένα ειδικό 3D "ολόγραμμα" φως λέιζερ το οποίο θα μπορούσε να καεί ακριβώς στα σωστά σημεία στους εγκεφάλους του ποντικιού για να στοχεύσει μόνο εκείνους τους νευρώνες που εμπλέκονται στην αναγνώριση οριζόντιων ή κάθετων γραμμών.
Τώρα, για τις "παραισθήσεις". Σταδιακά, οι ερευνητές έδειξαν στους ποντικούς όλο και πιο αμυδρές προβολές των οριζόντιων και κάθετων γραμμών, εν τω μεταξύ πυροδοτώντας τους κατάλληλους νευρώνες στους εγκεφάλους των ποντικών με το ειδικό λέιζερ τους. Μέχρι το τέλος του πειράματος, οι ερευνητές σταμάτησαν να δείχνουν συνολικά τις γραμμές των ποντικών - αλλά όταν το λέιζερ χτύπησε τους νευρώνες που ευθύνονται για ορατές οριζόντιες ή κατακόρυφες γραμμές, τα ποντίκια αντέδρασαν ακόμα με το γλύψιμο του κατάλληλου στόκου.
Ήταν μια πραγματική ψευδαίσθηση; Μήπως οι ποντικοί πραγματικά "βλέπουν" τις αόρατες γραμμές; Είναι αδύνατο να το ξέρουμε σίγουρα, δήλωσε ο Deisseroth σε ένα ειδησεογραφικό άρθρο που συνοδεύει τη μελέτη. Ωστόσο, η τροφοδότηση των κυττάρων των εγκεφαλικών κυττάρων των τρωκτικών και οι αποκρίσεις συμπεριφοράς στο φως του λέιζερ έμοιαζαν ακριβώς όπως «κατά τη διάρκεια της φυσικής αντίληψης», δήλωσε ο Deisseroth. Στην πραγματικότητα, το φως λέιζερ προκάλεσε τους εγκεφάλους των ποντικών να ανταποκριθούν σε ένα συγκεκριμένο οπτικό ερέθισμα που δεν υπήρχε εκεί.
Είναι αξιοσημείωτο ότι οι επιστήμονες έγραψαν ότι ήταν σε θέση να ενεργοποιήσουν αυτές τις συγκεκριμένες νευρικές απαντήσεις στα ποντίκια τους, στοχεύοντας μεταξύ 10 και 20 νευρώνων - ένα κλάσμα του ποσοστού του συνόλου των ποντικιών.
«Δεν γνωρίζουμε πόσες κυψέλες μπορεί να χρειαστούν για να προκαλέσουν μια πιο περίπλοκη σκέψη, αισθητική εμπειρία ή συναίσθημα σε ένα άτομο», δήλωσε ο Deisseroth, »αλλά είναι πιθανό να είναι ένας εκπληκτικά μικρός αριθμός, δεδομένου ότι βλέπουμε στο το ποντίκι."
