Εγκέφαλος: Έλξη και απώθηση καθορίζουν τα νευρωνικά δίκτυα

Ο εγκέφαλος των οργανισμών — ακόμη και των πιο απλών, όπως η μύγα — χρειάζεται σωστή «καλωδίωση»: τα νευρικά κύτταρα πρέπει να συνδεθούν σωστά μεταξύ τους, για να σχηματίσουν κυκλώματα που ελέγχουν την αίσθηση, την συμπεριφορά, την αντίδραση στον κόσμο. Η «σωστή καλωδίωση» μοιάζει αυτονόητη — όμως πώς ακριβώς τα κύτταρα «γνωρίζουν» με ποιον να συνδεθούν;

Ερευνητές από το ινστιτούτο του Wu Tsai Neuro (Stanford) έκαναν ένα «γενναίο πείραμα» — όχι μόνο αποκάλυψαν νέους μηχανισμούς καθοδήγησης των νευρώνων, αλλά επέτρεψαν να αναδιαμορφωθούν συνειδητά οι συνδέσεις. Με άλλα λόγια: επανέγραψαν την «καλωδίωση» της μυγόμυγας — και άλλαξαν τη συμπεριφορά της.

Χημικές “ταυτότητες”, έλξη & άπωση — ο κώδικας της σωστής σύνδεσης

Πριν από δεκαετίες, είχε προταθεί (από τον πατέρα της νευροβιολογίας των κυκλωμάτων Roger Sperry) ότι τα νευρικά κύτταρα μπορεί να έχουν “χημικές ετικέτες” στην επιφάνειά τους, που λειτουργούν ως ταυτότητες — ώστε οι άξονες να «βρίσκουν» τα σωστά δενδρίτια. Η νέα μελέτη αποδεικνύει ότι αυτές οι ετικέτες δεν είναι μόνο “ελκτικές” (attractive), αλλά και “απωθητικές” (repulsive): με άλλα λόγια, υπάρχουν χημικά σήματα που λένε σε έναν άξονα “μην έρθεις εδώ”.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μοντέρνες τεχνικές — όπως μονοκυτταρική αλληλούχιση RNA — για να εντοπίσουν γονίδια που κωδικοποιούν αυτές τις ετικέτες. Όταν «απενεργοποίησαν» αυτά τα γονίδια, παρατήρησαν ότι οι άξονες έκαναν λάθος συνδέσεις — συνδέθηκαν με λανθασμένα δενδρίτια.

Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα με “ελκτικές + απωθητικές” οδηγίες είναι απαραίτητο για να σχηματιστούν τα σωστά κυκλώματα. Η απώλεια των απωθητικών οδηγεί σε “χειρόγραφες” — αλλά λανθασμένες — συνδέσεις.

Επανεγκατάσταση κυκλωμάτων — και… αλλαγή συμπεριφοράς

Το πιο εντυπωσιακό δεν είναι μόνο το ότι ανακαλύφθηκε αυτός ο κώδικας — αλλά ότι οι ερευνητές κατάφεραν να τον χρησιμοποιήσουν για να “ξαναγράψουν” τα κυκλώματα της μυγός. Με «πειράγματα» στην έκφραση των γονιδίων, αύξησαν την απωθητικότητα μεταξύ ορισμένων νευρώνων και μείωσαν την απωθητικότητα ανάμεσα σε άλλους — ή αντίστροφα αύξησαν την έλξη.

Το αποτέλεσμα; Οι μύγες άλλαξαν συμπεριφορά. Συγκεκριμένα, αρσενικές μύγες — που συνήθως αποφεύγουν να φλερτάρουν με άλλες αρσενικές — τώρα έδειχναν συμπεριφορές ζευγαρώματος προς αρσενικές και θηλυκές μύγες: τους κυνηγούσαν, πετούσαν «τραγούδια» φλερτ με τα φτερά τους, επιδίωκαν ζευγάρωμα.

Αυτή η μεταβολή δείχνει ότι όχι μόνο οι συνδέσεις αλλάζουν — αλλά και η λειτουργία του εγκεφάλου και η συμπεριφορά. Με άλλα λόγια: είναι δυνατό να επαναπρογραμματίσεις το μυαλό — τουλάχιστον σε ένα απλό ζωικό μοντέλο.

Γιατί αυτό είναι σημαντικό

• Κατανόηση της ανάπτυξης του εγκεφάλου: Για πρώτη φορά έχουμε σαφή απόδειξη ότι η “απώθηση” μεταξύ νευρώνων είναι εξίσου κρίσιμη με την έλξη για να σχηματιστούν σωστά δίκτυα. Αυτό εξηγεί πώς τόσες πολλές διαφορετικές κατηγορίες νευρώνων μπορούν να βρουν σωστούς συντρόφους σε έναν εγκέφαλο με χιλιάδες κύτταρα.

• Δυνατότητα «επανόρθωσης» κυκλωμάτων: Αν γνωρίζουμε πώς γίνεται — μπορούμε ενδεχομένως στο μέλλον να διορθώνουμε νευρωνικά λάθη που συμβαίνουν κατά τη ανάπτυξη, λόγω τραυματισμών, γενετικών ανωμαλιών ή ασθενειών.

• Κατανόηση της σχέσης γονιδίων — συμπεριφοράς: Η μελέτη δείχνει καθαρά ότι αλλαγές σε μόρια καθοδήγησης των νευρώνων μπορούν να οδηγήσουν σε ριζική αλλαγή συμπεριφοράς — από έλξη έως… λάθος στο σεξουαλικό προσανατολισμό στη μύγα!

• Ένα θεμέλιο για νευροεπιστήμη & τεχνητή νοημοσύνη: Καθώς οι επιστήμονες «χτίζουν» όλο και πιο λεπτομερείς “χαρτογραφήσεις” (connectome) του εγκεφάλου της μυγός — και τώρα καταλαβαίνουν πώς «μπαίνουν» οι συνδέσεις — ανοίγει ο δρόμος για πιο εξελιγμένα μοντέλα νευρωνικών δικτύων, που μπορεί να εμπνεύσουν τεχνητά συστήματα.

Φυσικά, η έρευνα αφορά νευρωνικούς κύκλους στην οσφρητική (οσμής) οδός της μύγας. Δεν γνωρίζουμε ακόμη εάν οι ίδιοι μηχανισμοί — ελκτικές / απωθητικές ετικέτες — ισχύουν για όλους τους τύπους νευρώνων, σε όλα τα είδη ζωικών οργανισμών, και πολύ λιγότερο για τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Επίσης, το να «επανακαλώδιοποιήσεις» με ασφάλεια έναν σύνθετο εγκέφαλο — όπως του ανθρώπου — είναι εξαιρετικά πολύπλοκο και όχι χωρίς κινδύνους.

Τι ανοίγει μια νέα εποχή για τη νευροεπιστήμη

Η επιτυχής επανόρθωση του εγκεφαλικού καλωδίου — ακόμη και σε ανθρώπινης κλίμακας εγκέφαλο — είναι πιθανό να αλλάξει ριζικά την ιατρική: μυελικά τραύματα, νευρολογικές διαταραχές, γενετικές ανωμαλίες συνδεσιμότητας θα μπορούσαν μελλοντικά να «διορθώνονται».

Παράλληλα, η κατανόηση του πώς συνδέονται οι νευρώνες ανοίγει το δρόμο για τεχνητά δίκτυα εμπνευσμένα από βιολογία, πιο αποδοτικά, πιο “έξυπνα”, και πιο προσαρμοστικά. Τέλος — η πραγματικότητα ότι μικρές αλλαγές σε μόρια στην επιφάνεια νευρώνων μπορούν να ανατρέψουν συμπεριφορές δείχνει πόσο ευάλωτο αλλά και πόσο “λαμπρό” είναι το εργοστάσιο του εγκεφάλου.

Οι έρευνες του Νοεμβρίου 2025 για την αναδιαμόρφωση των εγκεφαλικών κυκλωμάτων της μύγας φρούτου αποτελούν ένα ορόσημο στη νευροβιολογία: δείχνουν ότι το καλώδιο του εγκεφάλου δεν είναι στατικό — μπορεί να “ξαναγραμμωθεί”. Αυτή η δυνατότητα ανοίγει νέους ορίζοντες: από κατανόηση του πώς διαμορφώνεται ο εγκέφαλος, μέχρι θεραπείες που σήμερα μοιάζουν με επιστημονική φαντασία.

Είναι μια απόδειξη ότι, όπως είπε και ένας μεγάλος φυσικός, «όταν μπορείς να το δημιουργήσεις, καταλαβαίνεις πραγματικά πώς λειτουργεί». Σε αυτό το μικρό έντομο βρίσκεται ίσως το κλειδί για βαθύτερη κατανόηση του πιο σύνθετου οργάνου: του εγκεφάλου.