Autentificare
Dacă ești abonat medichub.ro, autentificarea se face cu adresa de E-mail și parola pe care le utilizezi pentru a intra în platformă.
Abonează-te la „Viața medicală” ca să ai acces la întreg conținutul săptămânalului adresat profesioniștilor din Sănătate!
#DinRecunostinta
Căutare:
Căutare:
Acasă

Descifrarea misterelor creierului uman

Viața Medicală
Prof. dr. Javier DEFELIPE marţi, 25 iunie 2013
   Creierul nostru este precum o pădure deasă – o aglomerare complexă, aparent impenetrabilă de neuroni aflaţi în interacţiune, care mediază cunoaşterea şi comportamentul. Marea provocare constă în dezvăluirea secretelor sale, adică, în descoperirea modului în care neuronii sunt structuraţi şi interconectaţi. Cât de aproape suntem de acest ţel?
   În general, schimbul de informaţii dintre miliardele de neuroni care alcătuiesc pădurea neuronală are loc prin intermediul a două tipuri de structuri ultraspecializate: sinapsele chimice (majoritatea) şi aşa-numitele joncţiuni comunicante (o subgrupă a unei clase de sinapse electrice). Transmisia sinaptică chimică presupune secretarea de molecule specifice, de neurotransmiţători, care se răspândesc în spaţiul intercelular şi care interacţionează cu receptorii specifici aflaţi pe un neuron învecinat. În timpul transmisiei electrice, facilitate de joncţiunile comunicante, membranele plasmatice ale neuronilor învecinaţi sunt separate printr-o deschidere de aproximativ doi nanometri (două miliardimi de metru), însă acestea conţin mici canale (joncţiunile comunicante) care pun în legătură citoplasma neuronilor învecinaţi, permiţând difuziunea moleculelor mici şi transmisia curentului electric.
   Principala problemă care apare în momentul analizării creierului constă în extrema complexitate a conexiunilor sale sinaptice. O reţea de procese foarte compactă ocupă spaţiul dintre corpii celulari ai neuronilor, neuroglii (celulele care susţin şi protejează neuronii) şi vasele sangvine. Acest spaţiu reprezintă 90–98% din volumul cortexului uman, cu aproximativ un miliard de sinapse per nanometru cub.
   Şi, ca şi cum sarcina cartografilor creierului nu ar fi fost suficient de complicată, a fost observată o mare varietate de legături sinaptice. Iar un neurotransmiţător se poate răspândi şi acţiona nu numai asupra altor contacte sinaptice, ci şi asupra receptorilor extrasinaptici. În mod similar, nu toate transmisiile electrice sunt mediate de joncţiunile comunicante, iar aceste forme implică diverse structuri specializate. În plus, interacţiunile electrice au loc între elemente neuronale aflate la mică distanţă unele de celelalte, fără specializări evidente ale membranei.
   Mai mult, s-a sugerat că celulele gliale ar fi implicate în procesarea informaţiilor, prin transmiterea bidirecţională de semnale, la şi de la neuroni. Apoi, în prezent, ştim că activitatea circuitelor neuronale este puternic influenţată de neurotransmiţători (cum ar fi dopamina, serotonina şi acetilcolina), secretaţi de un mic număr de neuroni, dar care se răspândesc în zone întinse ale sistemului nervos. Neurohormonii, secretaţi de celulele neurosecretoare, au, de asemenea, efect asupra multor regiuni ale creierului, prin intermediul sistemului circulator.
   Cu toate acestea, reuşim să ne descurcăm tot mai bine prin pădure. Conexiunile cerebrale – „sinaptomul“ creierului – reprezintă substratul anatomic pentru o varietate de funcţii care necesită ca informaţiile să fie transmise rapid dintr-un punct într-altul. Circuitele neuronale răspunzătoare de reflexe sunt un exemplu tipic: acţiuni relativ simple, rapide, automate, care au loc la un nivel subconştient. Alte funcţii, mult mai complexe, legate de sinaptom includ procesarea de informaţii în circuitele mari, dar totodată discrete, ale sistemelor senzorial şi motor, şi în regiunile cerebrale asociate cu limbajul, calculele, scrisul şi raţionamentele.
   Sistemele modulatoare acţionează însă asupra unor multiple circuite neuronale şi zone ale creierului. Această acţiune de difuziune este legată de dispoziţiile şi stările generale ale creierului (de exemplu: atenţie, somn şi anxietate).
   Reconstrucţia în serie, rapidă şi automată, a unor ţesuturi de mari dimensiuni, facilitată de recenta dezvoltare a tehnicilor de microscopie electronică automată, este metoda aleasă pentru definirea sinaptomului. Cu toate acestea, chiar şi atunci când această tehnologie este utilizată, reconstrucţia creierului în totalitatea sa este posibilă doar în cazul sistemelor nervoase relativ simple. Într-adevăr, chiar dacă vorbim de mamiferele mici, cum ar fi şoarecii, reconstruirea completă a creierului, până la nivelul ultrastructural al acestuia, este imposibilă, deoarece gradul de mărire necesar pentru a vizualiza sinapsele generează imagini de dimensiuni relativ reduse.
   De exemplu, s-a estimat că, dacă ar fi să utilizăm secţiuni de aproximativ 35 de micrometri pătraţi la o grosime de 20 de nanometri, am avea nevoie de peste 1,4 miliarde de secţiuni pentru a reconstrui complet un singur milimetru cub de ţesut. Astfel, deşi reconstrucţiile complete ale unor mici porţiuni ale creierului mamiferelor sunt posibile, structuri precum cortexul – cu o suprafaţă desfăşurată de 2,2 m2 şi o grosime între 1,5 şi 4,5 mm – nu pot fi reconstruite pe deplin.
   Cu toate acestea, în pofida dificultăţilor de natură tehnică, se pot face progrese uimitoare în sensul dezvăluirii modului de organizare a creierului, chiar şi a celui uman, adoptând strategiile potrivite, cu instrumentele disponibile în prezent. De exemplu, deşi densitatea sinaptică a unui strat dintr-o zonă dată poate varia, această variabilitate nu este caracteristică decât unui interval relativ restrâns, astfel, distribuţia statistică a variaţiei poate fi modelată. Aceasta înseamnă că nu este nevoie să reconstruim întregul strat dintr-o zonă dată pentru a stabili numărul absolut şi tipurile de sinapse; în schimb, putem determina intervalul de variabilitate prin eşantionarea multiplă a regiunilor relativ mici din zona respectivă.
   Combinând aceste date structurale detaliate cu diagramele incomplete ale conexiunilor, furnizate de microscopia optică şi electronică, s-ar putea genera un model statistic realist, în locul încercării nereuşite de reconstruire a creierului în întregime. Modelele de calcul ale reţelelor neuronale, bazate pe circuite reale, au devenit deja instrumente utile pentru studierea aspectelor organizării funcţionale a creierului.
   Prin urmare, deşi nu putem spera la realizarea unui adevărat sinaptom al creierului de mamifer, este posibil ca, în viitorul apropiat, să fim capabili să construim un „cortex in silico“ – un dispozitiv computerizat bazat pe un model realist al structurii anatomice, fiziologice şi moleculare complete a circuitelor corticale. Dacă reuşim, vom avea, în sfârşit, o privire de ansamblu asupra pădurii, fără să trebuiască să cercetăm fiecare copac în parte.

 

© Project Syndicate, 2013. www.project-syndicate.org

 

Traducere din limba engleză de Sorana Graziella Cornea

Javier DeFelipe este profesor universitar, directorul Laboratorului „Cajal“ de circuite corticale din cadrul Universităţii Politehnice din Madrid şi al Laboratorului de microorganizare a cortexului cerebral normal şi de alterări ale circuitelor – Institutul „Cajal“ din Madrid.


Abonează-te la Viața Medicală

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, săptămânalul profesional, social și cultural al medicilor și asistenților din România!
  • Tipărit + digital – 200 de lei
  • Digital – 129 lei
Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:
  • Colegiul Medicilor Stomatologi din România – 5 ore de EMC
  • Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
  • OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
  • OAMGMAMR – 5 ore de EMC
Află mai multe informații despre oferta de abonare.