Δημιουργία εγκεφαλικού νευρώνα… made in Greece

Κατηγορία Βιολογία - Ανθρωπολογία

ΕΠΙΣΤΗΜΗ

Youmagazine Newsroom

 

Ομάδα Ελλήνων επιστημόνων δημιούργησε έναν προσομοιωτή εγκεφαλικών νευρώνων, που μιμείται θεμελιώδεις λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Οι νευρώνες στον εγκέφαλο έχουν πολλούς δενδρίτες με πολλές διακλαδώσεις και επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω ηλεκτρικών σημάτων και των νευροδιαβιβαστών. Image: Supplied
v

ΟΙ ΝΕΥΡΩΝΕΣ αποτελούν το δομικό μέρος και τη λειτουργική μονάδα του νευρικού συστήματος. Κάθε νευρώνας αποτελείται από ένα κυτταρικό σώμα, που περιλαμβάνει τον πυρήνα και μεγάλο αριθμό οργανιδίων, και από μια ή περισσότερες αποφυάδες. Αυτές ονομάζονται «δενδρίτες» όταν συλλέγουν τα σήματα που στέλνονται στο κύτταρο, και «άξονες» όταν μεταδίδουν ώσεις από το κυτταρικό σώμα.
Οι άξονες των κυττάρων του περιφερειακού νευρικού συστήματος καλύπτονται από ένα μυελώδες έλυτρο, που ενεργεί ως προστατευτικό περίβλημα, και το οποίο σχηματίζεται από μια μεγάλη αλυσίδα κυττάρων. Το σύστημα αυτό διασφαλίζει την διάδοση των ηλεκτρικών παλμών (spike) κατά μήκος του άξονα, με ταχύτητα περίπου 100 μ./δευτ.
Ο αριθμός των spikes ανά δευτερόλεπτο ορίζεται ως η «συχνότητα κένωσης» του νευρώνα. Οι ηλεκτρικοί παλμοί (spikes) προκαλούνται από έναν μηχανισμό πόλωσης και εκπόλωσης της μεμβράνης του νευρώνα.
Ανάμεσα στα έλυτρα υπάρχει ένα κενό, στο οποίο ο νευράξονας είναι γυμνός. Αυτό το σημείο, που ονομάζεται κόμβος Ραβιέ, είναι πλούσιο σε διαύλους νατρίου. Σε κάθε κόμβο το σήμα ενδυναμώνεται ξανά. Οι άξονες των κυττάρων του κεντρικού νευρικού συστήματος καλύπτονται από έλυτρα μυελίνης που φτιάχνονται από ειδικά νευρογλοιακά κύτταρα, τους ολιγοδενδρίτες.
Η αλλοίωση της μυελίνης, παρούσα στους νευροάξονες, εξαιτίας εσφαλμένης λειτουργίας του ανοσοποιητικού συστήματος, προκαλεί πολλαπλή σκλήρυνση, που οδηγεί στη σταδιακή απώλεια του μυϊκού ελέγχου, της εγκεφαλικής λειτουργίας και της ικανότητας μετάδοσης των μηνυμάτων.
v

Η ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον καθηγητή Δημήτρη Συβρίδη (κέντρο). Image: Supplied
ν

Όπως αναφέρει το ΑΠΕ-ΜΠΕ, έναν προσομοιωτή εγκεφαλικών νευρώνων, που μιμείται θεμελιώδεις λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου, σε ταχύτητες όμως μεγαλύτερες κατά πολλές τάξεις μεγέθους, δημιούργησαν Έλληνες ερευνητές σε εργαστήριο του Πανεπιστημίου Αθηνών.
Πρόκειται για εξαιρετικά σημαντικό επίτευγμα, σε έναν χώρο, ο οποίος αποτελεί το «Άγιο Δισκοπότηρο» της επιστήμης και φυσικά δεν θα μπορούσε παρά να έχει την αντίστοιχη αναγνώριση σε παγκόσμιο επίπεδο, καθώς η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Scientific Reports του περιοδικού «Nature».
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Οπτικών Επικοινωνιών και Φωτονικής Τεχνολογίας του Τμήματος Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών του ΕΚΠΑ, με επικεφαλής τον καθηγητή Δημήτρη Συβρίδη και υπεύθυνο ερευνητή τον Δρα Χάρη Μεσαριτάκη. Πρόκειται για την υλοποίηση στο εργαστήριο ενός Φωτονικού Νευρώνα με χρήση ολοκληρωμένων ημιαγωγικών laser κβαντικών τελειών (quantum dot lasers).
Σε… απλά ελληνικά, οι ερευνητές αναπαρήγαγαν λειτουργίες των βασικών δομικών στοιχείων του εγκεφάλου (νευρώνων) με διατάξεις κλίμακας δεκάδων μικρομέτρων.
Τα αποτελέσματα της έρευνας, πέραν της συνεισφοράς στην κατανόηση των μηχανισμών της εγκεφαλικής λειτουργίας, οδηγούν στην κατασκευή των βασικών δομικών στοιχείων, που απαρτίζουν τις εγκεφαλικές δομές, φέρνοντας εγγύτερα τη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου νευρομιμητικού συστήματος, το οποίο θα μπορεί να αναπαράγει σύνθετες νευρικές λειτουργίες και θα λειτουργεί ως καινοτόμο υπολογιστικό παράδειγμα με ποικίλες εφαρμογές.