Πώς αλλάζει η εγκεφαλική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας;

Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ανέπτυξε νέες τεχνικές που επιτρέπουν την ανίχνευση των περιοχών του εγκεφάλου που ενεργοποιούνται καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας, με ακρίβεια ενός μόνο κυττάρου. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο PLOS Biology, αποκαλύπτει πώς η εγκεφαλική δραστηριότητα μεταβάλλεται από την αφύπνιση στον ύπνο και παρέχει ένα ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση της κόπωσης.

Παρακολούθηση του εγκεφάλου σε πραγματικό χρόνο

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μοντέλα ποντικών και ανέπτυξαν τόσο πειραματικό πρωτόκολλο όσο και υπολογιστική ανάλυση για να χαρτογραφήσουν ποιοι νευρώνες και ποια νευρωνικά δίκτυα ήταν ενεργά σε διαφορετικές στιγμές της ημέρας.
«Παρατηρούμε βαθιές αλλαγές στον εγκέφαλο καθώς παραμένουμε ξύπνιοι και αυτές φαίνεται να “διορθώνονται” κατά τον ύπνο», εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας, Daniel Forger.

Προς αντικειμενική αξιολόγηση της κόπωσης

Η ομάδα πιστεύει ότι τα ευρήματα μπορούν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους αντικειμενικής μέτρησης της κόπωσης στους ανθρώπους — ένα πολύτιμο εργαλείο για επαγγέλματα υψηλής ευθύνης, όπως πιλότους και χειρουργούς.
«Είμαστε κακοί κριτές της δικής μας κόπωσης», αναφέρει ο Forger. «Στόχος μας είναι να αναπτύξουμε “υπογραφές” που να δείχνουν πότε οι άνθρωποι είναι επικίνδυνα κουρασμένοι».

Πρωτοποριακή απεικόνιση και γενετική σήμανση

Η διεθνής συνεργασία στηρίχθηκε σε μια προηγμένη τεχνική: τη μικροσκοπία φωτεινού φύλλου, που επιτρέπει τρισδιάστατη απεικόνιση ολόκληρου του εγκεφάλου.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης μια μέθοδο γενετικής σήμανσης που έκανε τα ενεργά νευρικά κύτταρα να «λάμπουν», επιτρέποντας την ακριβή αναγνώριση του χρόνου και του τόπου ενεργοποίησής τους.

Η εγκεφαλική δραστηριότητα «μετακινείται» μέσα στη μέρα

Η ανάλυση αποκάλυψε ότι η δραστηριότητα ξεκινά από βαθύτερες, υποφλοιώδεις περιοχές όταν τα ποντίκια ξυπνούν. Καθώς η ημέρα (ή η νύχτα για τα νυκτόβια ζώα) προχωρά, η δραστηριότητα μετατοπίζεται προς τον φλοιό.
«Ο εγκέφαλος δεν αλλάζει μόνο πόσο ενεργός είναι, αλλά και ποια δίκτυα αναλαμβάνουν δράση, όπως οι δρόμοι μιας πόλης που εξυπηρετούν διαφορετική κίνηση σε διαφορετικές ώρες», σημειώνει ο συν-συγγραφέας Κωνσταντίνος Κομπότης.

Συνδέσεις με ψυχική υγεία και θεραπευτικές εφαρμογές

Αν και η μελέτη δεν εστίασε στην ψυχική υγεία, οι ερευνητές πιστεύουν ότι το μοτίβο ενεργοποίησης εγκεφαλικών περιοχών μπορεί να σχετίζεται με ψυχιατρικές διαταραχές.
Παράλληλα, η τεχνική ήδη χρησιμοποιείται πιλοτικά για την αξιολόγηση πώς νέες θεραπείες και φάρμακα επηρεάζουν τον εγκέφαλο.

Από τα ποντίκια στους ανθρώπους

Οι νέες πειραματικές τεχνικές δεν εφαρμόζονται απευθείας σε ανθρώπους, αλλά τα ευρήματα μπορούν να μεταφερθούν σε ανθρώπινη φυσιολογία.
Οι υπολογιστικές μέθοδοι που αναπτύχθηκαν είναι ιδιαίτερα ευέλικτες και μπορούν να προσαρμοστούν σε δεδομένα EEG, PET ή MRI, καθώς και σε άλλα ζωικά μοντέλα για τη μελέτη νευροεκφυλιστικών νόσων.

Ένα έργο αφιερωμένο στη μνήμη ενός συνεργάτη

Η ομάδα αφιέρωσε τη μελέτη στον συνάδελφό τους Stephen Brown, ο οποίος σκοτώθηκε σε αεροπορικό δυστύχημα κατά τη διάρκεια της έρευνας. Ο Brown υπήρξε συν-επικεφαλής συγγραφέας και κορυφαίος ερευνητής στον τομέα της χρονοβιολογίας και της επιστήμης του ύπνου.
«Ήταν κεντρικό πρόσωπο στη συνεργασία μας», είπε ο Κομπότης. «Είναι ένας ακόμη λόγος που είμαστε τόσο περήφανοι για αυτό το έργο».