Οι φυσικοί ερευνούν την ισχύ του εγκεφάλου

Από σελίδα του PhysicsWeb, 24 Απριλίου 2003

Ο τρόπος που είναι συνδεμένοι οι νευρώνες μαζί στον εγκέφαλο έχει συναρπάσει αρκετά και τους φυσικούς και τους βιολόγους. Οι ερευνητές στο πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ στο Ισραήλ έχουν δείξει τώρα για πρώτη φορά ότι οι νευρώνες μπορούν να αυτο-οργανωθούν προς ηλεκτρικά ενεργούς τομείς κυττάρων στο εργαστήριο. Οι τομείς συνδέονται μαζί από δέσμες νηματοειδών νευροαξόνων ή νευριτών (R Segev et al. 2003 Phys. Rev. Lett. 90 168101).

Σχήμα 1

Ο Eshel Ben-Jacob και συνάδελφοι του χρησιμοποίησαν μια τεχνική in-vitro για να μελετηθεί η επίδραση της πυκνότητας των κυττάρων στο σχηματισμό των νευρωνικών τομέων. Οι ερευνητές αύξησαν τις καλλιέργειες των νευρώνων του εγκεφάλου των αρουραίων πάνω από μια επιφάνεια νιτριδίων πυριτίου και ακολούθησαν την ανάπτυξη των δικτύων με την τηλεοπτική καταγραφή τους. Βρήκαν ότι το δίκτυο, που είναι αρχικά ομοιόμορφο, χωρίζεται με τη δημιουργία "ορίων" που το σπάζουν σε χωριστές "λεκάνες". Κάθε λεκάνη καταρρέει έπειτα σε έναν τομέα, ο οποίος παραμένει άθικτος έως ότου αλλοιωθεί 3 έως 4 εβδομάδες αργότερα (βλ. σχήμα 1).

Σχήμα 2

Οι επιστήμονες βρήκαν ότι το δίκτυο εξελίχθηκε σε τομείς μόνο όταν η πυκνότητα των κυττάρων  ήταν μεγαλύτερη από 10.000 κύτταρα ανά τετραγωνικό χιλιοστό. Οι τομείς, που κάθε ένας περιέχει γύρω στα 10.000 κύτταρα, είναι διαμέτρου περίπου 250 μm και διασυνδέονται από δέσμες νευρίτη διαμέτρου 10 μm.

Η ισραηλινή ομάδα μέτρησε επίσης τα ηλεκτρικά σήματα που ξεκίνησαν από κύτταρα ευρισκόμενα πάνω από μια σειρά μικροηλεκτροδίων (βλ. σχήμα 2). Βρήκε ότι τα νευρικά δίκτυα ήταν σε θέση να αυτο-ελέξουν την ισχύ των αλληλοσυνδέσεων τους, και τη μορφή τους, για να διατηρήσουν το απαιτούμενο επίπεδο της ηλεκτρικής δραστηριότητας.

Ο Ben-Jacob και οι συνάδελφοι του λένε ότι τα αποτελέσματά τους "μπορεί να παρέχουν  σημαντικές ενδείξεις προς την κατανόηση της αυτο-οργάνωσης στο κεντρικό νευρικό σύστημα και τον ίδιο τον εγκέφαλο".

 Η ομάδα προγραμματίζει τώρα να αυξήσει τα καλώς καθορισμένα δίκτυα και να συγκρίνει την ανάπτυξή τους με εκείνα των τυχαία αυξημένων δικτύων.