Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της επιστήμης του εγκεφάλου παραμένει η συνείδηση. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ‘γεννιέται’ στον εγκέφαλο, αλλά δεν ξέρουν πώς ακριβώς μεταφράζεται σε σκέψεις, αισθήσεις και συναισθήματα. Τώρα, ένα νέο ερευνητικό εργαλείο υπόσχεται να φέρει την επιστημονική κοινότητα πιο κοντά από ποτέ σε απαντήσεις. Ο λόγος για τον διακρανιακό εστιασμένο υπέρηχο.
Η τεχνολογία έχει τεθεί σε χρήση τα τελευταία χρόνια, αλλά δεν έχει ακόμη ενσωματωθεί πλήρως στην έρευνα. «Πρόκειται για μια μη επεμβατική τεχνική που επιτρέπει στους επιστήμονες να “αγγίζουν” με ακρίβεια συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές που μέχρι σήμερα ήταν σχεδόν απρόσιτες, στέλνοντας ηχητικά κύματα μέσα από το κρανίο και εστιάζοντας με ακρίβεια χιλιοστών», εξηγεί στο Dnews ο Επίκουρος Καθηγητής Γνωσιακής Νευροεπιστήμης στο τμήμα Ψυχολογίας του ΕΚΠΑ, Θεοφάνης Παναγιωταρόπουλος.
Τώρα μια ομάδα ερευνητών από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT), με επικεφαλής τους Daniel Freeman και Matthias Michel, μαζί με τους Brian Odegaard από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα και τον Seung-Schik Yoo από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, δημοσίευσαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Neuroscience and Biobehavioral Reviews μια εργασία με τίτλο: «Transcranial focused ultrasound for identifying the neural substrate of conscious perception» (Διακρανιακός εστιασμένος υπέρηχος για την αναγνώριση του νευρικού υποστρώματος της συνειδητής αντίληψης), που παρουσιάζει έναν «οδικό χάρτη» αξιοποίησης αυτής της τεχνολογίας στη μελέτη της συνείδησης.
Σε αντίθεση με άλλες μεθόδους διέγερσης, όπως ο μαγνητικός ή ο ηλεκτρικός ερεθισμός, ο εστιασμένος υπέρηχος μπορεί να φτάσει βαθιά στον εγκέφαλο με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. Αυτό δίνει για πρώτη φορά τη δυνατότητα στους επιστήμονες να «πειράξουν» με ασφάλεια τη δραστηριότητα νευρωνικών κυκλωμάτων σε υγιείς ανθρώπους και να δουν τι ακριβώς αλλάζει στην εμπειρία τους. Ουσιαστικά δεν πρόκειται απλώς για ένα νέο εργαλείο, αλλά μια «αλλαγή παιχνιδιού» στη μελέτη της συνείδησης.
Όπως τονίζει ο Freeman, είναι η πρώτη φορά στην ιστορία που οι επιστήμονες μπορούν με ασφάλεια να επηρεάσουν βαθιές εγκεφαλικές περιοχές σε υγιή άτομα, και χωρίς χειρουργείο. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για τη μελέτη νευρωνικών κυκλωμάτων που σχετίζονται με το συναίσθημα, την όραση, τον πόνο και ακόμη και την ίδια τη σκέψη.
«Η ανάπτυξη του διακρανιακού εστιασμένου υπερήχου αποτελεί σημαντικό βήμα στη διερεύνηση των νευρωνικών μηχανισμών της συνειδητής αντίληψης. Η δυνατότητα μη επεμβατικής και χωρικά ακριβούς διέγερσης τόσο φλοιωδών όσο και υποφλοιωδών περιοχών του ανθρώπινου εγκεφάλου επιτρέπει την αιτιώδη πειραματική δοκιμή υποθέσεων, κάτι που μέχρι σήμερα στηριζόταν κυρίως σε συσχετιστικά δεδομένα ή σε επεμβατικές μελέτες σε πειραματόζωα», σημειώνει ο καθηγητής Παναγιωταρόπουλος.
Focus σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου
Η ερευνητική ομάδα υποστηρίζει ότι ο διακρανιακός εστιασμένος υπέρηχος μπορεί να γίνει το «κλειδί» για την κατανόηση της συνείδησης. Όχι απλώς παρατηρώντας τι κάνει ο εγκέφαλος όταν βλέπουμε ή νιώθουμε πόνο, αλλά παρεμβαίνοντας ενεργά στη λειτουργία του, βοηθώντας έτσι τους επιστήμονες να ξεχωρίσουν τι είναι αιτία και τι αποτέλεσμα, ποια εγκεφαλική δραστηριότητα δημιουργεί μια συνειδητή εμπειρία και ποια απλώς την ακολουθεί.
Αυτό έχει τεράστια σημασία, γιατί μεγάλο μέρος της σύγχρονης έρευνας για τη συνείδηση βασίζεται σε συσχετίσεις. Οι επιστήμονες βλέπουν ποια περιοχή του εγκεφάλου «ανάβει» όταν κοιτάμε ένα φως ή ακούμε έναν ήχο, αλλά δεν ξέρουν αν αυτή η ενεργοποίηση παράγει την εμπειρία ή αν είναι απλώς το αποτύπωμά της. Με τον εστιασμένο υπέρηχο, οι επιστήμονες μπορούν να μεταβάλουν τη δραστηριότητα μιας περιοχής και να δουν αν αλλάζει αυτό που βιώνει το άτομο. Αν αλλάζει, τότε πλησιάζουν σε μια πραγματική αιτιώδη εξήγηση.
Ο «οδικός χάρτης» που προτείνει η ομάδα των ερευνητών στοχεύει να «ρίξει» φως και σε μια βαθύτερη φιλοσοφική αντιπαράθεση. Από τη μία πλευρά βρίσκεται η γνωστικιστική αντίληψη, σύμφωνα με την οποία η συνείδηση απαιτεί ανώτερες γνωστικές διεργασίες, όπως η λογική, ο αναστοχασμός και η ενοποίηση πληροφοριών από πολλά μέρη του εγκεφάλου, πιθανώς με κεντρικό ρόλο του προμετωπιαίου φλοιού.
Από την άλλη, η μη γνωστικιστική προσέγγιση υποστηρίζει ότι η συνείδηση μπορεί να προκύπτει άμεσα από συγκεκριμένα μοτίβα νευρωνικής δραστηριότητας, χωρίς πολύπλοκους μηχανισμούς ερμηνείας, και ότι οι κρίσιμες περιοχές είναι εντοπισμένες ίσως στο πίσω μέρος του φλοιού ή σε βαθιές υποφλοιώδεις δομές.
«Ωστόσο, το κρίσιμο ερώτημα δεν είναι απλώς αν μια περιοχή είναι αναγκαία, αλλά ποιος είναι ο ακριβής ρόλος της στη δυναμική οργάνωση του συνειδητού περιεχομένου, εάν δηλαδή συμβάλλει στη δημιουργία, στη σταθεροποίηση ή στη μετα-αναπαράστασή του, και πώς εντάσσεται σε ευρύτερα εγκεφαλικά δίκτυα που υποστηρίζουν τη συνείδηση. Ειδικότερα, η συζήτηση γύρω από τον ρόλο του προμετωπιαίου φλοιού στη συνείδηση παραμένει κεντρική. Ενώ ορισμένες προσεγγίσεις υποστήριξαν ότι ο προμετωπιαίος φλοιός εμπλέκεται αποκλειστικά στη αναφορά του περιεχομένου της συνείδησης ή στην αξιολόγησή του, νευροφυσιολογικά δεδομένα από καταγραφές σε επίπεδο πληθυσμών νευρώνων δείχνουν ότι στον προμετωπιαίο φλοιό εντοπίζονται αναπαραστάσεις του ίδιου του συνειδητού περιεχομένου», λέει ο Έλληνας επιστήμονας, μελέτη του οποίου στο περιοδικό Neuron υποδηλώνει ότι ο ρόλος του προμετωπιαίου φλοιού δεν περιορίζεται σε μεταγνωστικές ή εκτελεστικές λειτουργίες, αλλά εκτείνεται στη δομική οργάνωση της εμπειρίας.
«Η στοχευμένη παρέμβαση με εστιασμένο υπέρηχο, σε συνδυασμό με υψηλής χρονικής ανάλυσης καταγραφές, μπορεί να αποσαφηνίσει περαιτέρω αν και πώς οι προμετωπιαίες αναπαραστάσεις είναι αιτιωδώς αναγκαίες για τη συνειδητή αντίληψη», προσθέτει.
Για να φωτιστεί αυτή η διαμάχη, οι ερευνητές θέτουν συγκεκριμένα ερωτήματα που μπορούν να διερευνηθούν πειραματικά, όπως ποιος είναι ο ρόλος του προμετωπιαίου φλοιού στη συνειδητή αντίληψη, εάν δημιουργείται η αντίληψη τοπικά ή αν απαιτεί δίκτυα που καλύπτουν ολόκληρο τον εγκέφαλο, εάν η συνείδηση προκύπτει από μακρινές εγκεφαλικές περιοχές, τότε πώς ενοποιούνται οι επιμέρους εμπειρίες σε ένα ενιαίο βίωμα, και ποια είναι τελικά η συμβολή των υποφλοιωδών δομών.
Δυνατότητα να δοκιμαστούν πειραματικά οι ιδέες
Ο εστιασμένος υπέρηχος δίνει για πρώτη φορά τη δυνατότητα να δοκιμαστούν πειραματικά οι παραπάνω υποθέσεις. Οι ερευνητές μπορούν να διεγείρουν επιλεκτικά περιοχές που σχετίζονται για παράδειγμα με την όραση και να εξετάσουν όχι απλώς αν οι νευρώνες ανταποκρίνονται, αλλά αν ο άνθρωπος πράγματι «βλέπει» κάτι.
Το ίδιο ισχύει και για τον πόνο, που είναι μια βασική αλλά αινιγματική συνειδητή εμπειρία. Τραβάμε το χέρι μας από μια καυτή εστία πριν καν νιώσουμε πόνο όμως πού και πώς γεννιέται η συνειδητή αίσθηση του πόνου; Στον φλοιό ή σε βαθύτερες δομές; Μέχρι σήμερα, η απάντηση παραμένει αβέβαιη.
Ο Freeman σημειώνει ότι δεν είναι ξεκάθαρο αν ο πόνος προέρχεται κυρίως από φλοιώδεις περιοχές ή από βαθύτερες δομές του εγκεφάλου και υποθέτει ότι οι υποφλοιώδεις μηχανισμοί μπορεί να παίζουν μεγαλύτερο ρόλο απ’ όσο πιστευόταν μέχρι τώρα. Πλέον, όμως, υπάρχει το κατάλληλο εργαλείο για να εξεταστεί αυτή η υπόθεση.
«Θα πρέπει να τονίσουμε ότι εκτός από τη βασική έρευνα, η τεχνολογία αυτή ενδέχεται να έχει κλινικές εφαρμογές. Η δυνατότητα επιλεκτικής ρύθμισης βαθιών εγκεφαλικών κυκλωμάτων ανοίγει προοπτικές για τη μελέτη και ενδεχομένως την αποκατάσταση διαταραχών της συνείδησης, όπως για παράδειγμα σε ασθενείς που βρίσκονται σε κώμα. Εφόσον συγκεκριμένα εγκεφαλικά δίκτυα αποδειχθούν κρίσιμα, η στοχευμένη διέγερσή τους θα μπορούσε να αποτελέσει στο μέλλον ένα θεραπευτικό εργαλείο για την αποκατάσταση της συνείδησης σε αυτούς τους ασθενείς», σημειώνει ο καθηγητής Παναγιωταρόπουλος.
Τα πρώτα πειράματα αναμένεται να εστιάσουν στην όραση και στη συνέχεια σε πιο σύνθετες περιοχές του εγκεφάλου, με στόχο να χαρτογραφηθεί όχι μόνο το πού συμβαίνει κάτι, αλλά και το πώς γεννιέται η ίδια η εμπειρία. Το ρίσκο, λένε οι ερευνητές, είναι μικρό. Το πιθανό όμως όφελος, τεράστιο.
«Αξίζει να αναφερθεί πως η ίδια τεχνική πρόσφατα εγκρίθηκε στις ΗΠΑ για τη θεραπεία της νόσου Πάρκινσον, ενώ μια παραλλαγή της μπορεί να ‘ανοίξει’ τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό στοχευμένα έτσι ώστε φαρμακευτικές ουσίες που χορηγούνται ενδοφλέβια να κατευθύνονται σε συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές. Αυτή τη στιγμή πραγματοποιούνται κλινικές δοκιμές», αναφέρει ο Έλληνας επιστήμονας.
Και μπορεί ο διακρανιακός εστιασμένος υπέρηχος να μην δώσει άμεσα όλες τις απαντήσεις για τη συνείδηση, αλλά μπορεί να μας φέρει πιο κοντά από ποτέ στο να καταλάβουμε πώς ο εγκέφαλος καταφέρνει το πιο παράξενο και οικείο ταυτόχρονα θαύμα: να μας κάνει να νιώθουμε ότι υπάρχουμε.
