Έλληνες ερευνητές βρίσκονται ένα βήμα πιο κοντά στην εξιχνίαση της λειτουργίας του εγκεφάλου

Ένα βήμα πιο κοντά στο να δώσουν απαντήσεις για το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος έχουν έρθει ερευνητές του Ιδρύματος Έρευνας και Τεχνολογίας, που όπως επισημαίνουν, η αποκρυπτογράφηση των μυστικών του εγκεφάλου «έχει χαρακτηριστεί ως ένα από τα σημαντικότερα επιστημονικά ερωτήματα του 21ου αιώνα».

Οι ερευνητές αναπτύσσουν καινοτόμα υπολογιστικά εργαλεία, με στόχο να διαπιστώσουν τον ρόλο των δενδριτών, που είναι πολύπλοκες νευρωνικές δομές του εγκεφάλου με βασική αποστολή την επεξεργασία των πληροφοριών.

Η επιστημονική ομάδα της Δρ. Παναγιώτας Ποϊράζη, που είναι Διευθύντρια Ερευνών στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας (ΙΜΒΒ) του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) παρουσίασε το νέο λογισμικό που υποστηρίζει την έρευνα για τον ρόλο των δενδριτών στη λειτουργία του εγκεφάλου στο έγκριτο διεθνές επιστημονικό περιοδικό Nature Communications.

Ο ρόλος των δενδριτών στον εγκέφαλο

Οι δενδρίτες αποτελούν διακλαδισμένες προεκτάσεις των νευρικών κυττάρων που μορφολογικά μοιάζουν με τα κλαδιά ενός δέντρου (εκεί οφείλουν και το όνομα τους). Η βασική τους λειτουργία είναι να υποδέχονται τις πληροφορίες που καταφθάνουν από άλλους νευρώνες (με την μορφή ηλεκτρικών ή χημικών σημάτων) και να τις μεταβιβάζουν στο κυρίως σώμα του κυττάρου. Για δεκαετίες ολόκληρες από την ανακάλυψη τους, ο ρόλος τους στην επεξεργασία της πληροφορίας παρέμενε άγνωστος λόγω τεχνολογικών περιορισμών.

Πρόσφατες μελέτες όμως, φανερώνουν πως οι δενδρίτες διαθέτουν μια πληθώρα μηχανισμών που τους επιτρέπουν να κάνουν σύνθετους μαθηματικούς υπολογισμούς ανεξάρτητα από τον κυρίως νευρώνα. Παράλληλα, οι δενδρίτες είναι εξίσου σημαντικοί για την πλαστικότητα του νευρικού συστήματος, δηλαδή την ικανότητα του εγκεφάλου να αλλάζει και να προσαρμόζεται στο περιβάλλον του. Η διαδικασία αυτή έχει κυρίαρχο ρόλο σε πολύπλοκες διαδικασίες, όπως η μνήμη, η μάθηση και η λήψη αποφάσεων.

Ανεξερεύνητος ο ρόλος των δενδριτών σε επίπεδο δικτύων ή εγκεφαλικών περιοχών

«Στις μέρες μας, αν και έχουμε κατανοήσει σε μεγάλο βαθμό τη συνεισφορά των δενδριτών στη συμπεριφορά ενός νευρώνα, Ο ρόλος τους σε επίπεδο δικτύων ή ολόκληρων εγκεφαλικών περιοχών παραμένει ανεξερεύνητος. Μικρός αριθμός μελετών συσχετίζει την πολυπλοκότητα των δενδριτών με διάφορους γνωσιακούς δείκτες, ενώ είναι γνωστό πως οι δενδρίτες ατροφούν κατά το γήρας ή σε νευροεκφυλιστικές παθήσεις όπως το Alzheimer. Επιπρόσθετα, έρευνα πάνω στην Τεχνητή Νοημοσύνη έχει ήδη επωφεληθεί από τη χρήση δενδριτικών μηχανισμών ως πηγή έμπνευσης για την ανάπτυξη νέων βελτιωμένων και πιο αποδοτικών αλγορίθμων» επισημαίνουν οι επιστήμονες.

Η ομάδα της Δρ. Ποϊράζη επιδιώκει να διευκολυνει το έργο της επιστημονικής κοινότητας για την κατανόηση του ρόλου των δενδριτών. Η μελέτη τους παρουσίας ένα νέο λογισμικό, που επιτρέπει να ενσωματωθούν σημαντικοί δενδριτικοί μηχανισμοί σε μοντέλα νευρωνικών δικτύων μεγάλης κλίμακας. «Το συγκεκριμένο λογισμικό επιτρέπει ακόμη και σε νέους χρήστες να αναπτύσσουν νευρωνικά μοντέλα με δενδρίτες απλά και αποτελεσματικά, ελαχιστοποιώντας έτσι την υπολογιστική τους πολυπλοκότητα. Τέτοια υπολογιστικά μοντέλα συμβάλλουν στη διαλεύκανση του ρόλου των δενδριτών σε σύνθετες εγκεφαλικές λειτουργίες, ενώ παράλληλα διευκολύνουν την ενσωμάτωσή τους σε νευρομορφικές συσκευές, ένα είδος αρχιτεκτονικής Τεχνητής Νοημοσύνης εμπνευσμένης από τον εγκέφαλο», αναφέρουν σε ανακοίνωσή τους.

Της προσπάθειας αυτής ηγήθηκε ο Μιχάλης Πάγκαλος, υποψήφιος διδάκτωρ του τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης, σε συνεργασία με τον Δρ. Σπύρο Χαυλή, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο ΙΜΒΒ, υπό την επίβλεψη της Δρ. Ποϊράζη.

Διαβάστε ΕΔΩ τη δημοσίευση των ερευνητών