Μέσα σε ένα κύκλωμα εγκεφάλου, η βούληση να πατηθεί

Ένας ασθενής με επιληψία ανέφερε ένα ερύθημα στο στήθος του και περιέγραψε ένα αίσθημα αποφασιστικότητας, σαν να ετοιμάζεται να οδηγήσει μέσα σε μια καταιγίδα. Ένας δεύτερος ανέφερε παρόμοια συναισθήματα, μια απάντηση που οι επιστήμονες που συμμετείχαν στη μελέτη ονόμασαν «η θέληση για επιμονή». Και οι δύο ασθενείς αντιδρούσαν σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα που διοχετεύθηκε μέσω ενός ηλεκτροδίου εμφυτευμένου στον εγκέφαλο - που τοποθετήθηκε εκεί για να βρει την πηγή των κρίσεων τους - το οποίο έτυχε να διεγείρει έναν από τους βασικούς κόμβους ενός κυκλώματος εγκεφάλου που είναι γνωστό ως «δίκτυο ανάδειξης».

Σε μια σπάνια μελέτη που περιλαμβάνει άμεση διέγερση του εγκεφάλου, ο Michael Greicius, νευρολόγος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, και οι συνεργάτες του λένε ότι έχουν αποκαλύψει άμεσες ενδείξεις ότι μια περιοχή του εγκεφάλου γνωστή ως πρόσθιος μεσαίος φλοιός και το περιβάλλον δίκτυό του διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στα κίνητρα και την ετοιμότητα για υποκρίνομαι. Η θεωρία βασιζόταν σε έμμεσα δεδομένα — μέχρι τώρα. «Ήταν μια τυχαία ευκαιρία, παρέχοντας ένα σπάνιο κομμάτι δεδομένων που δεν μπορούμε να λάβουμε από κανένα άλλο περιβάλλον», είπε ο Greicius. "Είναι ωραίο να έχεις έναν άνθρωπο να δίνει αυτή την εικόνα πρώτου προσώπου για το πώς είναι να τονώνεις το εξέχον δίκτυο σου."

Τα νέα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν σήμερα στο περιοδικό Neuron, εγείρουν δελεαστικά ερωτήματα σχετικά με το πώς οι διαφορές στο δίκτυο από το ένα άτομο στο άλλο συμβάλλουν στις διαφορές στην ικανότητά μας να ξεπερνάμε τις προκλήσεις και να αντιμετωπίζουμε το άγχος. Σχετική έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για τη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο το δίκτυο συμβάλλει σε νευρολογικές και ψυχιατρικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένης της άνοιας και της σχιζοφρένειας, οι οποίες θα μπορούσαν να παρέχουν πληροφορίες για το ρόλο του στην προσοχή και την αίσθηση κινήτρων μας.

Περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Greicius και τον συνεργάτη του William Seeley το 2007, το δίκτυο προεξοχής θεωρείται ότι είναι κεντρικό στην προετοιμασία του εγκεφάλου για δράση, όπως όταν ένας οδηγός πρέπει να απαντήσει σε κάποιον που τρέχει στο δρόμο ή όταν ένας μαθητής ετοιμάζεται για ένα ποπ κουίζ. Ένα αντικείμενο ή ένα γεγονός είναι σημαντικό εάν είναι σημαντικό για ένα άτομο. Τα σήματα μπορεί να προέρχονται από το εσωτερικό του σώματος, όπως πόνος ή πείνα, ή έξω, όπως ο ήχος μιας μακρινής σειρήνας κατά την οδήγηση στην κίνηση.

«Ο εγκέφαλός μας βομβαρδίζεται συνεχώς από αισθητηριακές πληροφορίες και πρέπει να βαθμολογούμε όλες αυτές τις πληροφορίες όσον αφορά το πόσο προσωπικά είναι σχετικές για την καθοδήγηση της συμπεριφοράς μας», είπε ο Seeley, νευρολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο, ο οποίος δεν συμμετείχε. στη νέα μελέτη. "Όσο πιο σημαντικό είναι κάτι, τόσο περισσότερο καταγράφει το σύστημα κίνησης μας, το οποίο κατευθύνει τη συμπεριφορά." Μια μακρινή σειρήνα, για παράδειγμα, μπορεί να αλλάξει ελάχιστα την πορεία ενός οδηγού, αλλά μια σειρήνα λίγα αυτοκίνητα πίσω πιθανότατα θα ωθούσε τον οδηγό να παρασυρθεί.

Η μελέτη Neuron δεν είναι η πρώτη που παράγει συναισθηματική απόκριση διεγείροντας τον εγκέφαλο. Νωρίτερα φέτος, οι επιστήμονες προκάλεσαν κρίσεις κλάματος σε κάποιον με επιληψία διεγείροντας ένα άλλο μέρος του εγκεφάλου. Αλλά είναι το πρώτο που διεγείρει αυτό το τμήμα του πρόσθιου ουρανού και το πρώτο που χαρτογραφεί το δίκτυο του εγκεφάλου του ασθενούς πριν από τη διαδικασία.

Ο Seeley είπε ότι εντυπωσιάστηκε από την απάντηση των ασθενών. «Έχουν μια αίσθηση της ανάγκης να δράσουν, της ανάγκης να αντέξουν», είπε. "Η γλώσσα που χρησιμοποιούν οι ασθενείς για να περιγράψουν την προσωπική τους εμπειρία ήταν πραγματικά απήχηση με αυτό που νομίζω ότι κάνει αυτή η δομή και αυτό που κάνει το δίκτυο συνολικά:να προσπαθεί να ανιχνεύσει και να ανταποκριθεί σε σημαντικές προκλήσεις."

Ένα νέο δίκτυο

Ως φοιτητής ιατρικής το 1999, ο Seeley εντυπωσιάστηκε από το πώς οι ασθενείς με έναν συγκεκριμένο τύπο μετωποκροταφικής άνοιας - μια μορφή άνοιας με κάπως διαφορετικά συμπτώματα από τη νόσο του Αλτσχάιμερ - συχνά έχασαν την ορμή τους να ασχοληθούν με αγαπημένα χόμπι ή να εκτελέσουν εργασίες ρουτίνας. Κατά μία έννοια, αυτό που βίωσαν ήταν το αντίθετο από αυτό που ένιωθαν οι ασθενείς με επιληψία του Greicius όταν διεγείρονταν οι εγκέφαλοί τους.

Το τμήμα του εγκεφάλου που επηρεάζεται περισσότερο σε αυτή τη διαταραχή είναι ο μετωπινονησιωτικός φλοιός, μια περιοχή θαμμένη βαθιά στον εγκέφαλο που συνδέεται τόσο με το συναίσθημα όσο και με τις σωματικές αισθήσεις, όπως ο καρδιακός παλμός ή το στομάχι. Δεδομένων των συμπτωμάτων των ασθενών του, ο Seeley υποψιάστηκε ότι η περιοχή αγκυροβόλησε ένα σημαντικό δίκτυο στον εγκέφαλο. Το 2007, ο Seeley και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν λειτουργική απεικόνιση του εγκεφάλου για να χαρτογραφήσουν τις περιοχές του εγκεφάλου που συνδέονται με αυτήν την περιοχή σε υγιείς ανθρώπους. Χρησιμοποίησαν μια προσέγγιση που ονομάζεται ανάλυση κατάστασης ηρεμίας ή εγγενής συνδεσιμότητα, η οποία παρακολουθεί την εγκεφαλική δραστηριότητα καθώς οι συμμετέχοντες ονειροπολούν, χωρίς να κάνουν καμία συγκεκριμένη εργασία. Αναζητώντας περιοχές του εγκεφάλου με συσχετισμένη δραστηριότητα, οι ερευνητές μπόρεσαν να χαρτογραφήσουν δίκτυα που αποτελούνταν από λειτουργικά συνδεδεμένες περιοχές του εγκεφάλου.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Journal of Neuroscience, όρισε ένα δίκτυο παρόμοιο με αυτό που επιδεινώνεται στην μετωποκροταφική άνοια, συμπεριλαμβανομένου του πρόσθιου δακτυλίου και του μετωπιονησιωτικού φλοιού. Προηγούμενη έρευνα είχε δείξει ότι αυτές οι περιοχές συχνά δραστηριοποιούνται μαζί κάτω από ποικίλες συνθήκες, όπως πόνο, δίψα, αμηχανία και απόπειρες ψυχικών προκλήσεων. "Όλα τους έχουν κάποια μορφή αυτού που ονομάζουμε σημαίνοντα", είπε ο Seeley.

Οι επιμέρους περιοχές εντός του δικτύου είχαν αποτελέσει αντικείμενο εκτεταμένης έρευνας - η νησίδα είχε συνδεθεί με τη συναισθηματική επεξεργασία και η πρόσθια περιοχή με τον γνωστικό έλεγχο. Αλλά «η ετικέτα του δικτύου εξέχουσας σημασίας ήταν μια νέα ιδέα», είπε ο Έρνο Χέρμανς, νευροεπιστήμονας στο Ινστιτούτο Ντόντερς για τον Εγκέφαλο, τη Γνωστική και τη Συμπεριφορά στην Ολλανδία. "Το προσδιορίζει ως ένα ξεχωριστό σύστημα, ανεξάρτητο από άλλα συστήματα στον εγκέφαλο."

Η εξέταση αυτής της δικτυακής δραστηριότητας στο σύνολό της, και όχι ως μεμονωμένες περιοχές, βοηθά τους ερευνητές να διακρίνουν τα πολύπλοκα πρότυπα του εγκεφάλου. «Αν πρέπει να σκεφτείς μικροσκοπικές περιοχές του εγκεφάλου που κάνουν όλες κάτι διαφορετικό, είναι πολύ δύσκολο να καταλάβεις πώς η δραστηριότητα ταιριάζει σε παγκόσμιο επίπεδο», δήλωσε ο Ντέιβιντ Σαρπ, νευρολόγος στο Εθνικό Ινστιτούτο Ερευνών Υγείας στο Λονδίνο.

Τουλάχιστον μέρος του ρόλου του εξέχοντος δικτύου φαίνεται να συνδέεται με κάτι πολύ βασικό:την απόκριση μάχης ή φυγής. Αυτή η απόκριση - επιταχυνόμενος καρδιακός ρυθμός, διεσταλμένες κόρες και αυξημένη αρτηριακή πίεση, προετοιμασία του σώματος για δράση - μπορεί να ενορχηστρωθεί από το εξέχον δίκτυο. Μια μελέτη του 2011 που δημοσιεύτηκε στο Science διαπίστωσε ότι οι άνθρωποι που ανέφεραν ότι φοβούνται περισσότερο από μια ταινία τρόμου έδειξαν τη μεγαλύτερη ώθηση στο δίκτυο ενώ την παρακολουθούσαν. Και οι επιστήμονες θα μπορούσαν να εμποδίσουν το αποτέλεσμα με φάρμακα γνωστά ως βήτα-αναστολείς, τα οποία μπλοκάρουν μέρος της απόκρισης άγχους του σώματος και συνήθως συνταγογραφούνται για υψηλή αρτηριακή πίεση και τρόμο σταδίου.

«Πιστεύω ότι έρχεται σε λειτουργία όποτε υπάρχει μια πρόκληση που πρέπει να αντιμετωπιστεί και επιτρέπει στον εγκέφαλο να ρυθμίσει τους πόρους του σώματος», είπε ο Greicius. Η απόκριση μάχης ή φυγής θα ήταν ένα ακραίο παράδειγμα, "αλλά οι προκλήσεις χαμηλού επιπέδου εξακολουθούν να απαιτούν τη συγκέντρωση αυτών των φυσιολογικών πόρων", είπε.

Διαταραγμένα κυκλώματα

Όταν η ανταμοιβή τροφής ενός ποντικιού μετακινείται σε έναν λαβύρινθο, μερικά ποντίκια επιμένουν για ώρες, ενώ άλλα γρήγορα παραιτούνται από την πείνα. Το ίδιο ισχύει για τους ανθρώπους — μερικοί, όπως ο Aron Ralston, ο οποίος το 2003 έκοψε μέρος του χεριού του αφού τον καρφώθηκε από έναν ογκόλιθο, μπορεί να ξεπεράσει φαινομενικά ανυπέρβλητα εμπόδια.

Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη τον ακριβή ρόλο που παίζει το εξέχον δίκτυο στην επιμονή, αλλά γνωρίζουν ότι η διακοπή του δικτύου μπορεί να έχει βαθιά επίδραση. Τα τρωκτικά με ζημιά στην εκδοχή τους του πρόσθιου κυκλώματος εγκαταλείπουν πιο εύκολα από άλλα όταν προσπαθούν να βρουν τροφή. Και η επιδείνωση των σημαντικών δικτύων στην μετωποκροταφική άνοια έχει συνδεθεί με την έλλειψη ορμής.

Η υπερβολική δραστηριότητα στο εξέχον δίκτυο μπορεί επίσης να είναι προβληματική. Η αρχική μελέτη των Seeley και Greicius διαπίστωσε ότι τα άτομα που ανέφεραν το μεγαλύτερο άγχος πριν μπουν στον σαρωτή εγκεφάλου εμφάνισαν επίσης τις ισχυρότερες συνδέσεις δικτύου. και η υπερσυνδεσιμότητα στο δίκτυο έχει συνδεθεί με τον αυτισμό.

Πράγματι, τμήματα του δικτύου φωτίζονται όταν τα άτομα με σχιζοφρένεια εμφανίζουν παραισθήσεις. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι η υπερβολική προσοχή στις σκέψεις μπορεί να τους δώσει αδικαιολόγητη σημασία. «Αυτές οι διαταραχές μπορεί να θεωρηθούν εν μέρει ως καταστάσεις στις οποίες αποδίδεται υπερβολική σημασία σε καταστάσεις ή ερεθίσματα που δεν αξίζουν τόση προσοχή», είπε ο Greicius.

Το εξέχον δίκτυο είναι μόνο ένα από τα πολλαπλά δίκτυα που έχουν εντοπιστεί χρησιμοποιώντας λειτουργική απεικόνιση εγκεφάλου. Ο Greicius, ο Seeley και άλλοι αρχίζουν να διαπιστώνουν ότι διαφορετικά δίκτυα μπορεί να εμπλέκονται σε διαφορετικές ασθένειες. Μια συγκεκριμένη παραλλαγή της μετωποκροταφικής άνοιας συνδέεται με βλάβη στο εξέχον δίκτυο και η νόσος Αλτσχάιμερ μπορεί να συνδέεται με προβλήματα με το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας, το οποίο είναι πιο ενεργό όταν κάποιος εστιάζεται εσωτερικά, θυμάται το παρελθόν ή σχεδιάζει το μέλλον.

Σε υγιείς ανθρώπους, αυτά τα δύο δίκτυα φαίνεται να είναι στενά συνδεδεμένα. Το προεπιλεγμένο δίκτυο είναι ενεργό όταν ένα άτομο ονειρεύεται — αλλά όταν κάτι έξω, όπως μια σειρήνα ασθενοφόρου, διαπερνά αυτή την αίσθηση αντανάκλασης, το εξέχον δίκτυο αναλαμβάνει. «Ενεργοποιείται όταν πρέπει να απαλλαγείτε από αυτήν την εσωτερική εστίαση και να καταλάβετε τι συμβαίνει γύρω σας», είπε ο Sharp. "Για να καταλάβουμε τι συμβαίνει, πρέπει να σκεφτούμε πώς συνεργάζονται."

Η έρευνα της Sharp δείχνει ότι ο σύνδεσμος επιδεινώνεται όταν καταστραφεί το εξέχον δίκτυο. Τα άτομα με τραυματική εγκεφαλική βλάβη σε αυτό το δίκτυο, για παράδειγμα, αντιμετωπίζουν προβλήματα με τη μετάβαση από το ένα δίκτυο στο άλλο. Οι επιστήμονες τώρα αρχίζουν να μελετούν λεπτομερώς αυτή τη μετατόπιση. «Με ενδιαφέρει πολύ το πώς ο εγκέφαλος καταφέρνει να εναλλάσσεται μεταξύ των δικτύων, πώς καταστέλλει το ένα το άλλο και πώς η ικανότητα εναλλαγής σχετίζεται με την ψυχοπαθολογία», είπε ο Hermans.

Οι Seeley και Greicius ελπίζουν επίσης να αναλύσουν περαιτέρω τα λεπτά σημεία του εξέχοντος δικτύου. Ο Seeley σχεδιάζει να μελετήσει τη βλάβη σε άτομα με μετωποκροταφική άνοια για να κατανοήσει καλύτερα τις λειτουργίες συγκεκριμένων τμημάτων του δικτύου. Η έρευνα θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην ανάπτυξη νέων θεραπειών — για παράδειγμα, η ισχύς του δικτύου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του πόσο καλά ανταποκρίνονται οι ασθενείς στα φάρμακα. Ο Greicius στοχεύει να εξετάσει πώς οι γενετικές παραλλαγές επηρεάζουν τη λειτουργία του δικτύου. Είπε ότι ελπίζει ότι «οι συναρπαστικές αφηγήσεις σε πρώτο πρόσωπο» από τους ασθενείς με επιληψία στην τελευταία του μελέτη θα «ενθαρρύνουν τους ερευνητές να σκεφτούν περισσότερο πώς μπορεί να σχετίζεται το εξέχον δίκτυο με τις νευροψυχιατρικές διαταραχές».