Research

Publications

Simfonia minþii

23 aprilie 2007

Cu toþii ne-am întrebat la un moment dat cum iau naºtere gândurile noastre, cum percepem lumea ºi cum interacþionãm cu aceasta. Se ºtie în prezent cã întreaga noastrã gândire ia naºtere în creier, unde miliarde de celule microscopice, numite neuroni, comunicã între ele prin semnale electrice ºi chimice pentru a crea în final o "orchestrã" de o complexitate nemaiîntâlnitã. Simfonia rezultatã din nenumãratele descãrcãri electrice ale neuronilor este ceea ce ne permite sã rezolvãm probleme, sã luãm decizii ºi sã acþionãm. Soliºtii principali ai orchestrei sunt neuronii, cu diverse forme, de diverse mãrimi, cu diferite proprietãþi ºi mai ales având "octave" ºi "acorduri" proprii. Aceste diferenþe se manifestã prin diversele secvenþe de descãrcãri electrice pe care fiecare celulã neuronalã le emite în încercarea de a comunica cu celelalte. Comunicarea dintre soliºti este esenþialã pentru armonia încântãtoare a "simfoniei".

Raul Mureºan

Cercetãtorii de la Centrul pentru Cercetãri Cognitive ºi Neuronale (Coneural) din Cluj au fãcut o descoperire care este criticã pentru înþelegerea modului în care "simfonia minþii" se poate face auzitã pe parcursul întregii noastre vieþi, fãrã ca neuronii sã tacã atunci când nu primesc suficienþi stimuli (ceea ce ar duce la imposibilitatea de a gândi) sau fãrã ca simfonia sã degenereze într-un zgomot (ceea ce ar duce la epilepsie). Studiul a fost publicat în numãrul din martie 2007 al prestigioasei reviste Journal of Neurophysiology, editatã de Asociaþia de Fiziologie din SUA. Cercetãtorii de la Coneural au arãtat cã existã douã "acorduri" fundamental diferite ale neuronilor care pot conduce la comportamente semnificativ diferite ale "orchestrei". Pe de-o parte, neuronii se pot comporta ca integratori, cu alte cuvinte cu cât vecinii din orchestrã cântã mai tare cu atât ºi ei îºi intensificã "glasul". În acest regim, orchestra rãspunde foarte repede ºi viguros la indicaþiile unui dirijor extern. "Pericolul sistemelor pur integratoare este cã în lipsa unui discernamânt individual, întregul sistem poate uºor deveni instabil iar neuronii pot ajunge sã descarce impulsuri fãrã nici un control, extrem de rapid, fenomen numit epilepsie", spune Raul Mureºan, autor al studiului. Soliºtii încep sa cânte frenetic, din ce în ce mai tare, acordurile se pierd, simfonia se transformã în zgomot insuportabil iar totul se sfârºeºte doar dupã epuizarea soliºtilor. Acesta este calvarul suferinzilor de epilepsie. Pe de altã parte, neuronii se pot comporta ca rezonatori, adicã filtreazã acordurile conform unei partituri proprii ºi doar pe cele preferate le amplificã. "Existã un mare avantaj ca neuronii individuali sã respecte frecvenþe preferate, fenomen numit rezonanþã. Sistemele neuronale de acest tip sunt mult mai stabile ºi nu suferã niciodatã de epilepsie. Marele lor dezavantaj însã, este cã nu rãspund la stimulare" explicã Mureºan. Soliºtii rezonatori ignorã indicaþiile dirijorului. Deºi orchestra este local armonioasã, ea devine inflexibilã.

Ce se întâmplã în realitate în creier? Neuronii din creier se pot comporta atât ca integratori cât ºi ca rezonatori. Comportamentul lor depinde la un moment dat de procesele microscopice, moleculare, care se desfãºoarã în interiorul celulei ºi în membrana acesteia. "Neuronii îºi pot schimba relativ rapid proprietãþile între integrare ºi rezonanþã. Ambele moduri de descãrcare îºi au avantajele ºi dezavantajele lor ºi probabil cã a fost cel mai avantajos pentru creier sã le combine pe amândoua. Acest tandem, integrare-rezonanþã oferã flexibilitate ºi stabilitate în acelaºi timp" spune Mureºan. Cu alte cuvinte, cel mai benefic pentru orchestrã este ca soliºtii sã aibã partituri individuale preferate ºi în acelaºi timp sã fie atenþi ºi la indicaþiile dirijorului atunci când este necesar. În acest mod, se nasc armonia ºi coordonarea, ingrediente esenþiale pentru acordurile vibrante ale concertului. Cercetãtorii români au fost primii care au arãtat legãtura dintre cele douã proprietãþi ale neuronilor - rezonanþa ºi integrarea - ºi implicarea acestora în capacitatea creierului de a avea o activitate susþinutã dar de a rãspunde în acelaºi timp diverºilor stimuli.

Studiul cercetãtorilor de la Coneural are implicaþii profunde pentru înþelegerea activitaþii reþelelor neuronale din creier. "Proprietãþile individuale ale neuronilor determinã în mare parte activitatea reþelelor din care aceºtia fac parte. Dupã parerea noastrã, integrarea ºi rezonanþa contribuie la numeroase fenomene cum ar fi dinamica activitãþii neuronale spontane ºi în timpul somnului, oscilaþiile corticale, atenþia vizualã, coordonarea diverselor arii cerebrale" explicã Mureºan. De ce e important sã înþelegem activitatea reþelelor de neuroni din creier? În primul rând existã numeroase aplicaþii medicale, începând cu tratamentul unor boli ca epilepsia sau boala Alzheimer pâna la tratamente psihiatrice sau neuroproteze pentru pacienþi paralizaþi. Pe de altã parte, descifrarea modului în care vedem, auzim, gândim este de foarte mult timp un vis al omenirii. A ne putea defini ca oameni ºi a ne gãsi locul în univers presupune a putea înþelege universul din interior, "eul" prezent în fiecare dintre noi.

Centrul din Cluj este o instituþie privatã, nonprofit, ºi este un pionier al cercetãrii neuroºtiinþifice computaþionale din România. Coneural colaboreazã cu douã prestigioase institute germane, Institutul Max Planck pentru Cercetarea Creierului ºi Institutul pentru Studii Avansate (FIAS) din Frankfurt. De asemenea, colaborãrile cu universitãþile clujene au condus deja la atragerea spre cercetarea din aceste domenii a câtorva studenþi valoroºi, printre care ºi Cristina Savin, coautor la studiul menþionat. "Sperãm sã transformãm Coneural într-un institut de vârf în domeniul neuroºtiinþelor computaþionale ºi inteligenþei artificiale de inspiraþie biologicã", spune Rãzvan Florian, directorul instituþiei.

Entuziaºtii cercetãtori clujeni continuã cursa pentru descifrarea acordurilor minunate ale minþii omeneºti, care sã ne permitã sã înþelegem mai bine modul în care gândim.

Articolul în care au fost publicate rezultatele: Raul C. Mureºan, Cristina Savin, Resonance or Integration? Self-Sustained Dynamics and Excitability of Neural Microcircuits. Journal of Neurophysiology 97: 1911-1930, 2007. Preprint (PDF).

Pagina web a lui Raul Mureºan.

Direcþionaþi 2% din impozitul dvs. pe venit pentru sprijinirea cercetãrilor de la Coneural!