Είναι 2015 και ακόμα δεν μπορούμε να χαρτογραφήσουμε έναν εγκέφαλο ποντικού, πόσο μάλλον ανθρώπου. “Κανείς δεν ξέρει πραγματικά πώς είναι δομημένος ο εγκέφαλος” λέει ο νευροεπιστήμονας Shawn Mikula, ο οποίος πρόσφατα ανακάλυψε μια επαναστατική μέθοδο απεικόνισης εγκεφάλων.
Υπάρχουν αρκετοί λόγοι που θα θέλαμε να χαρτογραφήσουμε τον ανθρώπινο εγκέφαλο, ή ακόμα και οποιονδήποτε εγκέφαλο. Με την κατανόηση του πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος σε νευρωνικό επίπεδο, οι επιστήμονες ελπίζουν ότι μπορούν να βρουν την αιτία των εγκεφαλικών διαταραχών όπως το Αλτσχάιμερ και η σχιζοφρένεια.
Ερευνητές στα Πανεπιστήμια της Ουάσιγκτον και του Χάρβαρντ προσπαθούν να φτιάξουν ένα πλήρες διάγραμμα του ανθρώπινου εγκεφάλου μέσω μαγνητικής τομογραφίας και ενός παιχνιδιού που παίζεται από εθελοντές.
Και οι δύο προσπάθειες αποτυγχάνουν στο να εντοπίσουν ακριβείς μικροσκοπικές συναπτικές συναλλαγές μεταξύ των νευρώνων, που είναι απαραίτητες για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος σε μια θεμελιώδη βάση.
Η μόνη υπάρχουσα τεχνολογία για την απεικόνιση του νευρωνικού κυκλώματος είναι η ηλεκτρονική μικροσκοπία, η οποία περιλαμβάνει την κοπή του εγκεφάλου σε φέτες, απεικόνιση τους κάτω από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και στη συνέχεια “συρραφή” των εικόνων.
Παρά τις εξαιρετικά λεπτομερείς εικόνες, οι λεπτές φέτες κόβουν τα μεγαλύτερα νευρωνικά κυκλώματα που περιβάλλουν τον εγκέφαλο και δεν μπορούν να αποτυπωθούν σε ένα κομμάτι, στρεβλώνοντας το τελικό αποτέλεσμα. Με την εστίαση στους μικρότερους μεμονωμένους νευρώνες, χάνεται η ολοκληρωμένη εικόνα.
Σε πειράματα ηλεκτρονικής μικροσκοπικής, τα δείγματα του εγκεφάλου βάφονται με βαρέα μέταλλα, όπως το όσμιο, για να αντιδρούν στις δέσμες ηλεκτρονίων των ισχυρών μικροσκοπίων. Αλλά επειδή το βαρύ μέταλλο δεν μπορεί να διεισδύσει βαθιά μέσα στις μεμβράνες, οι επιστήμονες αναγκάζονται να κόβουν τον εγκέφαλο σε λεπτές φέτες με πάχος μόλις 20 νανόμετρα.
Μέσω δοκιμών, ο Mikula διαπίστωσε ότι η ανάμιξη φορμαμιδίου με όσμιο θα μπορούσε να βάψει ολόκληρο τον εγκέφαλο ποντικού σε αρκετό βάθος.
Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να ανοίξει τις πόρτες για απεικόνιση μεγαλύτερων εγκεφάλων θηλαστικών, όπως ενός γουρουνιού ή ένός ανθρώπου.
Σύμφωνα με τον Mikula, το μέγεθος της μνήμης στην πρώτη έκδοση του “χάρτη” του εγκεφάλου ποντικών θα είναι περίπου 40 έως 60 petabytes (1 peta = 1 εκατομμύριο giga). Το μέγεθος της μνήμης ενός ανθρώπινου εγκεφαλικού χάρτη αναμένεται να είναι αρκετές χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από του ποντικού.
Ο Mikula ελπίζει ότι η επιτυχία με έναν εγκέφαλο ποντικού θα οδηγήσει στην απεικόνιση ενός μικρού θηλαστικού εντός 10 ετών. Δεν έχει ένα χρονοδιάγραμμα στο μυαλό του για τον ανθρώπινο εγκέφαλο, αλλά είναι γενικά αισιόδοξος. “Ξέρω πως θα συμβεί επειδή το ενδιαφέρον αυξάνεται. Σύντομα οι κυβερνήσεις θα βάλουν χρήματα και θα φτιάξουν μια ομάδα για να το επιτύχουν με ένα ανθρώπινο εγκέφαλο.”
Με το άνοιγμα νέων οριζόντων στη διατήρηση του εγκεφάλου για μελλοντική έρευνα, οι νευροεπιστήμονες μελετούν και άλλες τεχνολογίες που θα είναι εφικτές όταν ολοκληρωθεί η χαρτογράφηση.
Πέρα από τους βασικούς τρόπους που ένας χάρτης του εγκεφάλου θα μπορούσε να προωθήσει την ιατρική και την επιστήμη, οι νευροεπιστήμονες μιλάνε και για το πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αναπαράγωγή του εγκεφάλου σε υπολογιστή. Θα μπορούσαμε τότε να φτιάξουμε ισχυρή τεχνητή νοημοσύνη, ή ακόμα και να μεταφορτώσουμε τη μνήμη και την προσωπικότητα ενός ατόμου σε ένα τεχνητό λειτουργικό σύστημα για τη δημιουργία ψηφιακού κλώνου.
Αυτή η διαδικασία που ονομάζεται “μεταφόρτωση εγκεφάλου” είναι αμφιλεγόμενη στην επιστημονική κοινότητα, αλλά δεν είναι τόσο απίθανη όσο ακούγεται.
Οι υποστηρικτές της υποστηρίζουν ότι το μυαλό δεν είναι τίποτα περισσότερο από τις σχέσεις και τις συμπεριφορές των νευρώνων, και ότι αυτά μπορούν να μεταφραστούν σε αλγορίθμους μέσα σε ένα υπολογιστικό σύστημα.
Οι σκεπτικιστές όπως ο Mikula, ωστόσο, πιστεύουν ότι είναι αδύνατο λόγω της φυσιολογικής πολυπλοκότητας του εγκεφάλου που πάει πέρα από τους νευρώνες και δεν μπορεί να αναπαραχθεί σε έναν υπολογιστή. Ελπίζει ότι η ανακάλυψη και η μελλοντική πρόοδος στην χαρτογράφηση του εγκεφάλου θα μας βοηθήσει όχι στο να διατηρήσουμε το ανθρώπινο μυαλό με τη “μεταφόρτωση εγκεφάλου”, αλλά να εξετάσουμε τι σημαίνει να είσαι άνθρωπος.
“Θα είναι μια αφύπνηση και θα μας βοηθήσει να προσδιορίσουμε τους εαυτούς μας καλύτερα και να κατανοήσουμε τι είμαστε”, λέει ο Mikula. “Ίσως μερικοί άνθρωποι προτιμούν την ενδοσκόπηση ή κάτι άλλο για να καταλάβουν ποιοι είμαστε, αλλά το δικό μου πάθος είναι να δούμε τι είμαστε στο νευρωνικό επίπεδο”
