Γιατί ένας εγκέφαλος αλλάζει ταχύτητα πιο αποτελεσματικά από κάποιον άλλο

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος λειτουργεί σε πολλαπλές ταχύτητες ταυτόχρονα. Μπορεί να αντιδρά σε ερεθίσματα μέσα σε κλάσματα του δευτερολέπτου, όπως όταν αποφεύγουμε έναν κίνδυνο, αλλά και να επεξεργάζεται αργά και αναστοχαστικά πληροφορίες που σχετίζονται με το νόημα, το πλαίσιο και τη λήψη σύνθετων αποφάσεων. Αυτή η ικανότητα συντονισμού γρήγορων και αργών διαδικασιών αποτελεί θεμέλιο της ανθρώπινης σκέψης και συμπεριφοράς.

Μια νέα μελέτη από το Rutgers Health, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, φωτίζει τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επιτυγχάνει αυτή την ενσωμάτωση, αξιοποιώντας τα εκτεταμένα δίκτυα συνδεσιμότητας της λευκής ουσίας.

Οι εγγενείς νευρωνικές χρονικές κλίμακες

Κάθε περιοχή του εγκεφάλου δεν επεξεργάζεται τις πληροφορίες με τον ίδιο ρυθμό. Ορισμένες περιοχές εξειδικεύονται σε γρήγορες, άμεσες αποκρίσεις, ενώ άλλες λειτουργούν σε πιο αργά χρονικά παράθυρα, ενσωματώνοντας πληροφορίες σε μεγαλύτερη διάρκεια. Αυτή η ιδιότητα είναι γνωστή ως εγγενείς νευρωνικές χρονικές κλίμακες (intrinsic neural timescales – INT).

Οι INT καθορίζουν το πόσο γρήγορα ή αργά μια περιοχή «ξεχνά» ή διατηρεί την πληροφορία που επεξεργάζεται. Η κατανομή αυτών των χρονικών κλιμάκων σε όλο τον φλοιό δημιουργεί ένα δυναμικό μωσαϊκό που επιτρέπει στον εγκέφαλο να συνδυάζει στιγμιαία γεγονότα με μακροπρόθεσμο νόημα.

Ο ρόλος της λευκής ουσίας στην ενσωμάτωση

Για να μπορέσουν οι πληροφορίες που επεξεργάζονται σε διαφορετικούς ρυθμούς να συνδυαστούν, απαιτείται αποτελεσματική επικοινωνία μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου. Αυτός ο ρόλος ανήκει κυρίως στη λευκή ουσία, το «καλωδιακό σύστημα» του εγκεφάλου, που συνδέει απομακρυσμένες περιοχές μέσω νευρικών ινών.

Σύμφωνα με τον Linden Parkes, επίκουρο καθηγητή Ψυχιατρικής στην Ιατρική Σχολή Rutgers Robert Wood Johnson και κύριο συγγραφέα της μελέτης, η ανθρώπινη συμπεριφορά εξαρτάται άμεσα από την ικανότητα του εγκεφάλου να συνδυάζει πληροφορίες που έχουν υποστεί επεξεργασία σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Η λευκή ουσία λειτουργεί ως ο μηχανισμός που καθιστά αυτή τη σύνθεση εφικτή.

Πώς μελετήθηκε ο ανθρώπινος εγκέφαλος

Για να κατανοήσουν πώς επιτυγχάνεται αυτή η χρονική ενοποίηση, οι ερευνητές ανέλυσαν δεδομένα πολυτροπικής απεικόνισης εγκεφάλου από 960 άτομα. Δημιούργησαν λεπτομερείς χάρτες της συνδεσιμότητας κάθε εγκεφάλου, γνωστούς ως συνδετικά στοιχεία, και στη συνέχεια εφάρμοσαν μαθηματικά μοντέλα που περιγράφουν τη δυναμική συμπεριφορά πολύπλοκων συστημάτων στον χρόνο.

Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στους επιστήμονες να μοντελοποιήσουν άμεσα τις εγγενείς νευρωνικές χρονικές κλίμακες των περιοχών του εγκεφάλου με βάση τη συνδεσιμότητά τους. Με άλλα λόγια, συνέδεσαν τον τρόπο με τον οποίο κάθε περιοχή επεξεργάζεται πληροφορίες τοπικά με τον τρόπο που αυτές οι πληροφορίες διαχέονται σε ολόκληρο τον εγκέφαλο.

Διαφορές μεταξύ ατόμων και γνωστική ικανότητα

Ένα από τα πιο σημαντικά ευρήματα της μελέτης είναι ότι η οργάνωση των νευρωνικών χρονικών κλιμάκων διαφέρει από άτομο σε άτομο. Αυτές οι διαφορές φαίνεται να επηρεάζουν το πόσο αποτελεσματικά ο εγκέφαλος μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ μεγάλων προτύπων δραστηριότητας που σχετίζονται με τη συμπεριφορά.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι άτομα των οποίων η συνδεσιμότητα της λευκής ουσίας «ταιριάζει» καλύτερα με τις χρονικές ιδιότητες των επιμέρους περιοχών τείνουν να παρουσιάζουν υψηλότερες γνωστικές επιδόσεις. Αυτό προσφέρει μια νευροβιολογική εξήγηση για τις ατομικές διαφορές στη μνήμη, την προσοχή και τη συνολική γνωστική ικανότητα.

Σύνδεση με τη βασική νευροβιολογία

Η μελέτη δεν περιορίστηκε σε λειτουργικές παρατηρήσεις. Οι επιστήμονες βρήκαν ότι τα πρότυπα των χρονικών κλιμάκων συνδέονται με γενετικά, μοριακά και κυτταρικά χαρακτηριστικά των εγκεφαλικών περιοχών. Παρόμοιες σχέσεις εντοπίστηκαν και στον εγκέφαλο του ποντικού, υποδεικνύοντας ότι οι μηχανισμοί αυτοί είναι εξελικτικά διατηρημένοι.

Αυτή η διασύνδεση μεταξύ δομής, λειτουργίας και βιολογικής βάσης ενισχύει την ιδέα ότι η χρονική οργάνωση του εγκεφάλου αποτελεί θεμελιώδη αρχή της νευρωνικής λειτουργίας.

Επιπτώσεις για την ψυχική υγεία

Βασιζόμενη σε αυτά τα ευρήματα, η ερευνητική ομάδα επεκτείνει πλέον τη δουλειά της στη μελέτη νευροψυχιατρικών διαταραχών, όπως η σχιζοφρένεια, η διπολική διαταραχή και η κατάθλιψη. Οι επιστήμονες εξετάζουν πώς διαταραχές στη συνδεσιμότητα της λευκής ουσίας μπορεί να αλλοιώνουν την επεξεργασία γρήγορων και αργών πληροφοριών, οδηγώντας σε γνωστικά και συμπεριφορικά συμπτώματα.

Η κατανόηση του πώς ο εγκέφαλος συνδυάζει τον χρόνο και την πληροφορία δεν αποτελεί μόνο θεωρητικό ερώτημα. Μπορεί να ανοίξει νέους δρόμους για τη διάγνωση και τη θεραπεία ψυχικών και νευρολογικών παθήσεων, προσφέροντας μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της ανθρώπινης σκέψης και συμπεριφοράς.