Τα μυστικά και ο τρόπος λειτουργίας του εγκεφάλου

Ο εγκέφαλος του ανθρώπου είναι μια από τις περισσότερο σύνθετες δομές της δημιουργίας. Οι μηχανισμοί του είναι τόσο μυστηριώδεις, όσο και οι μηχανισμοί του αστρικού μακρόκοσμου ή του ατομικού μικρόκοσμου. Με τον εγκέφαλο του ανθρώπου εμφανίζεται ένα τρίτο άπειρο , το άπειρο της πολυπλοκότητας.
Παρά τις προόδους της επιστήμης αυτά τα άπειρα δεν μειώνονται και μαζί με αυτά αυξάνεται η επίγνωση της άγνοιάς μας. Χτισμένη στις παρυφές μιας ανεξερεύνητης  διανοητικής έκτασης η γνωσιακή επιστήμη μοιάζει με θεόρατο πύργο που κλυδωνίζεται συθέμελα σε κάθε πρόοδο της επιστήμης  Στην κορυφή του πύργου βρίσκονται οι φιλόσοφοι, που εξετάζουν την νόηση από το υψηλότερο και πιο αφηρημένο επίπεδο, στους πιο κάτω ορόφους οι ψυχολόγοι, οι βιολόγοι και οι φυσικοί ερίζουν για την πατρότητα της έρευνας.

Ωστόσο καμιά επιστημονική μεθοδολογία δεν μπορεί από μόνη της να κατευθύνει την πορεία της προόδου. Τα μυστήρια του εγκεφάλου προσεγγίζονται από τις πιο διαφορετικές ειδικότητες. Χρειάζεται να διανύσουμε ακόμα πολύ δρόμο. Αλλά  ας δούμε αρχικά τον δρόμο που ήδη έχουμε βαδίσει.

Η Ιστορία

Κατά την εξέλιξη των γνώσεών μας για τον εγκέφαλό δύο ήταν τα βασικά χαρακτηριστικά:

1.Η προσπάθεια ερμηνείας του ανάλογα με την μόδα της επιστήμης σε κάθε εποχή. Έτσι την εποχή του ηλεκτρισμού ο εγκέφαλος γίνεται ένα πολύπλοκο ηλεκτρικό κύκλωμα , την εποχή της μικροβιολογίας  ένα σύνθετο χημικό εργαστήριο και τέλος στην εποχή των υπολογιστών ένας υπέρ-υπολογιστής.

2.Υπάρχουν δύο τύποι έρευνας που αντιστοιχούν σε δύο θεωρήσεις φαινομενικά αντίθετες. Η μία αντιμετωπίζει τον εγκέφαλό σα μια ολότητα ενώ η άλλη μελετά τον μεμονωμένο νευρώνα. Αλλα ας αρχίσουμε την περιπλάνηση.

Τη δεκαετία του 1790 ο Λουίτζι Γκαλβάνι έδειξε πως ο ηλεκτρισμός όταν διοχετεύεται σε κομμένα πόδια βατράχου τα κάνει να συσπώνται σα να έχουν ξαναζωντανέψει για μια στιγμή. Έτσι την εποχή εκείνη ταυτίστηκε η λεγόμενη ζωτική ορμή με τον ηλεκτρισμό.

Από τις αρχές τις δεκαετίας του 1980 ο GARY LYNCH  προσπαθεί να προσδιορίσει μια πολύ ειδική  βιοχημική αντίδραση, για την οποία πιστεύει ότι αποτελεί την υποδομή της μνήμης. Αν έχει δίκιο , η διάσπαση ενός μορίου στο εσωτερικό των νευρώνων εξηγεί με πιο τρόπο η εμπειρία προκαλεί μια μεταβολή στον εγκέφαλο.

Πριν από αιώνες οι βρετανοί εμπειριστές υποστήριξαν ότι οι πληροφορίες εισρέουν  διάμεσο των αισθήσεων και αποτυπώνονται  στον εγκέφαλο  ο οποίος μοιάζει με πήλινη πλάκα. Κάθε ανάμνηση αφήνει ένα σημάδι ένα έγγραμμα. Οι εμπειριστές πίστευαν πως όταν γεννιόμαστε αυτή η πλάκα είναι άγραφη μια tambula rasa ενώ αντίθετα ο Κάντ πίστευε ότι αρχίζουμε την ζωή μας εφοδιασμένοι ήδη με μερικές από τις γνώσεις που είναι απαραίτητες για την ερμηνεία του έξω κόσμου.

Πώς όμως αποθηκεύονται αυτές οι πληροφορίες έμφυτες ή επίκτητες?

Προφανώς δεν έχουμε λέξεις ή εικόνες μέσα στο κεφάλι μας Αλλά τότε ποια είναι η εσωτερική γλώσσα στην οποία γράφονται τα συμβάντα της ζωής?

Όταν ανακαλύφθηκε ότι από τον εγκέφαλο εκπέμπονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα η ιδέα της αποθήκευσης πληροφοριών σε κάποιο φυσικό μέσο-είτε αυτό ήταν μια μαγνητοταινία είτε μια ομάδα νευρώνων φάνταζε λιγότερο μυστηριώδης.

Έτσι άρχισε η έρευνα του προσδιορισμού της θέσης στην οποία βρίσκεται αυτή η μνήμη το λεγόμενο έγγραμμα. Ο Lashley σε μια σειρά πειραμάτων που άρχισαν τη δεκαετία του 1920 εκπαίδευσε ποντικούς να περνούν μέσα από ένα λαβύρινθο. Μετά αφαιρούσε ένα μικροσκοπικό κομμάτι από τον εγκέφαλο του ζώου και το ξανατοποθετούσε στον λαβύρινθο. Το σκεπτικό ήταν πως όταν κατά τύχη θα αφαιρούσε  εκείνο το κομμάτι του ιστού που περιείχε τον χάρτη του λαβύρινθου ο ποντικός θα ξεχνούσε ξαφνικά αυτά που είχε μάθει. Καθώς κατέστρεφε σταδιακά τον εγκέφαλο του ζώου αυτό γινόταν ολοένα και πιο νωθρό και έχανε σταδιακά την ικανότητα να περιπλανιέται στον λαβύρινθο ανεξάρτητα από το τμήμα που του είχε αφαιρεθεί.

Το συμπέρασμα στο οποίο κατέληξε ήταν ότι η μνήμη δεν υπάρχει σε ένα μεμονωμένο σημείο, όπως ένας φάκελος μέσα σε μια βιβλιοθήκη αλλά είναι κατά κάποιο τρόπο εξαπλωμένη σα καπνός σε ολόκληρο τον εγκέφαλο. Μήπως λοιπόν ο εγκέφαλος μοιάζει με ένα ολόγραμμα όπου κάθε μικροσκοπικό κομμάτι νευρωνικού ιστού περιέχει όλα όσα γνωρίζει το ζώο?

Εκτός όμως από την ολιστική σχολή του LASHEY υπήρχαν και οι οπαδοί της εντοπιστικής θεωρίας. Ένας από αυτούς ο Penfield πειραματιζόταν με επιληπτικούς.

Διερευνώντας την επιφάνεια του εγκεφάλου με ένα ηλεκτρόδιο. Ανακάλυψε πως όταν άγγιζε με το ηλεκτρόδιο ένα συγκεκριμένο σημείο ο ασθενής νόμιζε πως είχε ακούσει κάποιο ήχο , άλλος ξαναζούσε μια παιδική του εμπειρία, η νόμιζε πως έβλεπε μια λάμψη. Κάθε φορά που διέγειρε αυτό το σημείο η αναμνηση προβαλλόταν από την αρχή. Ωστόσο τόσο το ολογραφικό μοντέλο όσο και το εντοπιστικό μοντέλο μάλλον σύγχυση προκαλούσαν παρά  εξηγούσαν.

Το δεύτερο ήμισυ του 20ου αιώνα με την ανάπτυξη της πληροφορικής, η άποψη των οπαδών της εντοπιστικής θεωρίας άρχισε να κερδίζει έδαφος. Αφού σε ένα υπολογιστή οι μνήμες αποθηκεύονται σε πολύ ακριβείς θέσεις γιατί να μην συμβαίνει το ίδιο και στον εγκέφαλο. Όμως ο εγκέφαλος σε αντίθεση με έναν υπολογιστή δεν καταγράφει παθητικά τις πληροφορίες αλλά τις κατατάσσει και τις ανακατατάσσει ενεργητικα σε διάφορες δομές.

Αργότερα η ανακάλυψη της αποθήκευσης των γενετικών πληροφοριών με κωδικοποιημένο τρόπο στο DNA γέννησε την ιδέα ότι το αλφάβητο της μνήμης να είναι ίσως κοινό με αυτό των νουκλεοτιδίων. Να αποτελείται δηλαδή από 4 γράμματα  a,c,t,και g (δηλαδή τα μόρια αδενίνη κυτοσίνη θυμίνη και γουανίνη, τα οποία σχηματίζουν τις οδηγίες για την Παρασκευή ένζυμων και άλλων πρωτεϊνών που αποτελούν την ίδια την ουσία της ζωής.)

Το 1965 ένας νευροβιολόγος ο Α.Jacobson έκανε μια ενδιαφέρουσα ανακάλυψη. Είχε εκπαιδεύσει ποντικούς να αντιδρούν στο άναμμα ενός λαμπτήρα κατευθυνόμενοι στα δοχεία του φαγητού τους από τα οποία έπαιρναν τροφή ως ανταμοιβή για αυτή τους την συμπεριφορά. Στη συνέχεια σκοτώνοντας τα ζώα εξήγαγε από τον εγκέφαλο τους το RNA και το εισήγαγε στα στομάχια ανεκπαίδευτων ποντικών. Υποστήριξε ότι πράγματι οι ποντικοί έτειναν να κατευθυνθούν στα δοχεία τροφής σαν να είχαν υποβληθεί στην  ίδια διαδικασια. Μήπως το έγγραμμα ήταν κάτι που μπορούσε να μεταφερθεί μέσα σε μια σύριγγα¨? –(Όλα στο χώμα δεν καταλήγουν;)-

Το 1970 ένας ερευνητής ο G.Ungar υποστήριξε ότι η μνήμη δεν κωδικεύεται από τα νουκλεινικά οξέα αλλά από την αλληλουχία των αμινοξέων που συνθέτουν τις πρωτεϊνικέ αλυσίδες. Χρησιμοποιώντας ηλεκτροσόκ εκπαίδευσε ποντικούς να αποφεύγουν το σκοτάδι. Μετά εξήγαγε χημικές ουσίες από τον εγκέφαλο τους. Αναλύοντας το μείγμα , ανακάλυψε μια πρωτεινοειδη ουσία που ονόμασε σκοτοφοβίνη που υπέθεσε ότι περιείχε την ανάμνηση του ηλεκτροσόκ. Όταν εισήγαγε σε άλλους ποντικούς αυτό το μόριο ή ακόμα και μια συνθετική μορφή του, και αυτά τα ζώα έτειναν να φοβούνται το σκοτάδι. Καποιοι τότε έσπευσαν να γράψουν ότι στο μέλλον τα χάπια θα υποκαθιστούσαν τα βιβλία…Οι περισσότεροι επιστήμονες σήμερα πιστεύουν πλέον ότι η σκοτοφοβίνη είναι για την ψυχολογία ότι ήταν το φλογιστόν για την χημεια -αποκύημα της φαντασίας κάποιων ερευνητών-.

Η λειτουργία του εγκεφάλου

Η σύνθεση όμως όλων αυτών των ερευνών οδήγησε τους νευροεπιστήμονες σήμερα να θεωρούν το νευρικό κύτταρο του εγκεφάλου σαν ένα μικρό υπολογιστή και τον εγκέφαλο σαν ένα δίκτυο που αποτελείται από δεκάδες δισεκατομμύρια τέτοια κύτταρα που έχουν την ικανότητα να επεξεργάζονται πληροφορίες. Κάθε νευρικό κύτταρο ή νευρώνας δέχεται ηλεκτρικές όσης μέσω μιας δενδροειδούς δομής που ονομάζεται δενδρίτης. Οι χιλιάδες μικροσκοπικές διακλαδώσεις του δενδρίτη σήματα στο σώμα του νευρικού  κύτταρου. Μερικά από τα εισερχόμενα κύματα διεγείρουν τον νευρώνα, ενώ άλλα τον αναστέλλουν. Αν ο αριθμός των διεγερτικών ώσεων υπερβαίνει τον αριθμό των ανασταλτικών ο νευρώνας αποφορτίζεται στέλνοντας τη δική του ώση κατά μήκος μιας νευρωειδους προέκτασης του που ονομάζεται νευροάξονας.  Ένας μοναδικός νευρώνας δέχεται σήματα από χιλιάδες άλλους νευρώνες και ο νευροάξονας του μπορεί να έχει απειράριθμες διακλαδώσεις μέσω των οποίων διοχετεύει σήματα σε χιλιάδες άλλους νευρώνες. Μπορούμε λοιπόν να θεωρήσουμε το νευρώνα ως ένα κύτταρο που η ειδικότητα του είναι να μετατρέπει χημικά σήματα σε ηλεκτρικά και αυτά με τη σειρά τους σε χημικά.

Όταν ο εγκέφαλος εκτεθεί σε ένα νέο συμβάν ( την εικόνα ενός προσώπου, τον ήχο ενός γέλιου) με κάποιο τρόπο ενεργοποιείται μια μοναδική διάταξη νευρώνων. Μέσα στο απέραντο δίκτυο των εγκεφαλικών κυττάρων «ανάβει» ένας συγκεκριμένος αστερισμός. Δημιουργείται ένα νέο κύκλωμα που λειτουργεί ως σύμβολο, ως αναπαράσταση κάποιου πράγματος που υπάρχει στον εξωτερικό κόσμο. Η αναγνώριση – ανάμνηση πρέπει να επισυμβαίνει όταν κάποια αντίληψη ανακαλεί μια νευρωνική διάταξη παρόμοια με αυτή που υπάρχει αποθηκευμένη. Ο εγκέφαλος θα αντιληφθεί την ομοιότητα και εμείς θα αισθανθούμε το ευχάριστο σοκ της αναγνώρισης. Αυτές οι διατάξεις πρέπει να είναι κυκλώματα εύπλαστα και διαρκώς μεταβαλλόμενα. Με την απόκτηση νέων γνώσεων τα παλιά κυκλώματα  διαλύονται και σχηματίζονται νέες συνδέσεις, συγκροτώντας και επανασυγκροτώντας ακατάπαυστα τις δικές μας αναπαραστάσεις του κόσμου.

Βλέπουμε λοιπόν πως τόσο ο  Lashey όσο και ο Penifield  μπορεί να είχαν δίκιο. Μια περίπλοκη ανάμνηση όπως η πορεία μέσα σε ένα λαβύρινθο θα πρέπει να βρίσκεται αποθηκευμένη όχι σε μια μοναδική και συγκεκριμένη θέση αλλά μάλλον σε μια εκτεταμένη δομή από νευρώνες. Και ωστόσο η ανάμνηση αυτή μπορεί να ενεργοποιηθεί με το άγγιγμα ενός ηλεκτρόδιου, όπως ενεργοποιείται ένα κύκλωμα όταν γυρίζουμε τον διακόπτη.

Για να αποκτήσουμε μια ιδέα για την πολυπλοκότητα του εγκεφάλου πρέπει να πούμε ότι σχηματίζονται νευρωνικές ομάδες από 50- 10.000 νευρώνες(νευρώνας είναι το κάθε νευρικό κύτταρο με τον νευράξονα του) και υπάρχουν περίπου 100 εκατομμύρια τέτοιες νευρωνικές ομάδες. Όλοι αυτοί οι περίπου 11 δισεκατομμύρια νευρώνες συνδέονται μεταξύ τους και ο κάθε νευρώνας αναπτύσσει μέχρι και 50.000 συνάψεις με άλλους νευρώνες. Είναι μια απίστευτη πολυπλοκότητα που μόνο η εξέλιξη θα μπορούσε σταδιακά να δημιουργήσει. (Το μέγεθος όλων των συνάψεων που θα μπορούσαν δυνητικά να γίνουν μεταξύ των νευρώνων είναι ένας ασύλληπτα μεγάλος αριθμός, της τάξεως του αριθμού των μορίων του γνωστού σύμπαντος. Σχηματίζουν όμως ‘’μόνο’’ ένα τρισεκατομμύριο συνδέσεις, αριθμός όπως καταλαβαίνουμε και πάλι τεράστιος).

Από αυτές τις νευρωνικές ομάδες σχηματίζονται διάφορα δίκτυα της πιο διαφορετικής πολυπλοκότητας. Από τα πιο απλά, μέχρι τα πιο σύνθετα που ολοκληρώνουν μεγάλο αριθμό άλλων νευρωνικών δικτύων και αφορούν πρότυπα συμπεριφοράς. Που έχουν είτε συγκεκριμένη ανατομική δομή που προέκυψε από το αναπτυξιακό σχέδιο του εγκεφάλου, είτε λειτουργικό χαρακτήρα με σταθερότερες ή λιγότερο σταθερές συνδέσεις. Όταν πρόκειται να παρθεί μια απόφαση, γίνεται κατά κάποιο τρόπο ένας ανταγωνισμός μεταξύ των δικτύων, μία στάθμιση των δεδομένων, παίρνοντας υπ’ όψη και τις προηγούμενες εμπειρίες, για το πώς θα επιτευχθεί το καταλληλότερο αποτέλεσμα για τον οργανισμό, όπως το αντιλαμβάνεται την δεδομένη στιγμή. Υπάρχει βέβαια και ένα ιεραρχημένο σύστημα αναγκών καθώς και προτύπων συμπεριφοράς που δημιουργήθηκαν σε διαφορετικά στάδια της ανάπτυξης, με μία τάση τα παλαιότερα να διατηρούν μια  αξιοσημείωτη σταθερότητα, με τα νεότερα να παίζουν ένα ρόλο ελέγχου με αποτρεπτική ή ενισχυτική δράση.

Δηλαδή ο επιλεκτικός μηχανισμός λειτουργεί και στο επίπεδο του εγκεφάλου, ανάμεσα σε διαφορετικές δυνατότητες, που με ένα γενικό τρόπο μας έχει εφοδιάσει η εξέλιξη.

Στις χαμηλές εξελικτικές βαθμίδες, σ’ αυτήν την αλληλεπίδραση τον κυρίαρχο ρόλο παίζουν τα ερεθίσματα του περιβάλλοντος, που επιλέγουν κατά κάποιο τρόπο την κατάλληλη συμπεριφορά από τα εγγεγραμμένα (γενετικά ή σαν αποτέλεσμα μάθησης ή συνδυασμό τους σε διάφορες αναλογίες) πρότυπα συμπεριφοράς.  Με την ανάπτυξη όμως της πρωτογενούς νόησης και συνείδησης που χαρακτηρίζει πολλά ζώα και πολύ περισσότερο με την νόηση και  συνείδηση ανώτερης τάξης που χαρακτηρίζει τον άνθρωπο, περνάμε σε μία αλληλεπίδραση όπου το σκεπτόμενο υποκείμενο μπορεί να αναστείλει ή να ενισχύσει κάποιο πρότυπο συμπεριφοράς και να επιλέξει μεταξύ διαφορετικών προτύπων, ποιο συμφέρει περισσότερο.  Οι παράγοντες που συνυπολογίζονται συμπεριλαμβάνουν όλα τα επίπεδα του οργανισμού, από το καθαρά βιολογικό επίπεδο και τις άμεσες ανάγκες επιβίωσης, τις συναισθηματικές ανάγκες αλλά και τον υπολογισμό που γίνεται από τα νεότερα τμήματα του εγκεφάλου με βάση τα πρότυπα συμπεριφοράς που έχει αναπτύξει και τις δυνατότητες ελέγχου των αρχικών παρορμήσεων, τις ιστορίες μέσα στις οποίες έχει εντάξει την έννοια του εαυτού του, για έναν πιο μακροπρόθεσμο υπολογισμό των συμφερόντων του. Ο συνυπολογισμός όλων αυτών των παραγόντων σε μεγάλο βαθμό γίνεται ασυνείδητα και σε ένα μικρότερο βαθμό συνειδητά. Η συνείδηση παρεμβαίνει όταν υπάρχουν περισσότερες εναλλακτικές δυνατότητες, ώστε να σταματήσει μια δράση που δεν είναι επωφελής ή να τις εξετάσει, ας πούμε, για να επιλεγεί η καταλληλότερη. Το τελικό αποτέλεσμα εξαρτάται από την  ισχύ των διαφόρων παραγόντων που επιδρούν στη λήψη της απόφασης, τα βασικά πρότυπα συμπεριφοράς με τα οποία έχουμε μάθει να αντιδρούμε, το πόσο κοινωνικά αποδεκτή είναι η δράση μας, το πώς θα παρουσιασθεί για να φαίνεται κοινωνικά αποδεκτή, αν κάποια πρότυπα συμπεριφοράς που για διάφορους λόγους έχουμε υιοθετήσει έρχονται σε αντίθεση με βασικότερες συναισθηματικές μας ανάγκες που δεν τις ικανοποιούμε κτλ, ένα άπειρο πλέγμα παραγόντων που θα επιδράσουν στο τελικό αποτέλεσμα.

Η συμβολική γλώσσα του εγκεφάλου

Ποια είναι τα σύμβολα και η σύνταξη που χρησιμοποιεί η γλώσσα του εγκεφάλου?

Κάποτε οι άνθρωποι πίστευαν ότι οι λέξεις είχαν μαγικές ιδιότητες, ότι ήταν ιεροί ήχοι που συνδεόταν στενά με τα πράγματα που αναπαριστούσαν. Οι πρώτες γλώσσες χρησιμοποιούσαν ιδεογράμματα για την λέξη που αναπαριστούσαν.

Στην αστρολογία, κάποτε πίστευαν ότι οι σχηματισμοί των άστρων και των πλανητών στον ουρανό διέθεταν κάποιο ιδιαίτερο νόημα επειδή έμοιαζαν με πράγματα πάνω στην γη. Ο Άρης ήταν για παράδειγμα κόκκινος το αίμα είναι κόκκινο τα ρουμπίνια είναι κόκκινα .Επομένως θα έπρεπε να υπάρχει μια σχέση μεταξύ τους..

Με την  εμφάνιση των υπολογιστών έχουμε πλέον συνηθίσει να σκεφτόμαστε  με τεχνητές συμβολικές γλώσσες  και να αποδίδουμε ένα σύμβολο σε κάθε πράγμα. Έτσι το γράμμα Α για έναν υπολογιστή είναι μια σειρά από αριθμούς  0 και 1 που διατάσσονται με συγκεκριμένο τρόπο.

Η αυθαίρετη σύνδεση ανάμεσα σε σύμβολο και αντικείμενο ισχύει πιθανώς και για τις γλώσσες του εγκεφάλου. Μια διάταξη νευρώνων που εκφορτίζονται όλοι ταυτόχρονα μπορεί να αντιπροσωπεύει την λέξη πέτρα Αυτή όμως η διάταξη ,αυτός ο αστερισμός των νευρώνων δεν είναι απαραίτητο να αποτελείται από τους ίδιους νευρώνες αλλά μπορεί απλά να κρατά το σχήμα του χρησιμοποιώντας άλλους νευρώνες. Μετατοπίζεται όπως μια κινούμενη φράση κατά μήκος ενός ηλεκτρονικού πίνακα. Οι λέξεις δεν θα έπρεπε να αποτελούν μικρούς και σκληρούς πυρήνες νοήματος. Λόγου χάρη για την  λέξη σκηνή αυτή η ακουστική κωδίκευση θα πρέπει να συνδέεται με νευρωνικές διατάξεις που αναπαριστούν άλλες σημασίες της λέξης όπως :αντίσκηνο, το μέρος του θεάτρου , ένα επεισόδιο μια συμπλοκή κ.λ.π.

Από τη στιγμή που μια διάταξη νευρόνων ενεργοποιήται η διέγερση θα εξαπλώνεται διεγείρωντας διατάξεις νευρόνων που με την σειρά τους θα διεγείρουν άλλες.Η σημασία θα εξαπλώνεται μεσα από το εγκεφαλικό πλέγμα των συνειρμων όπως τα ομόκεντρα κύματα που σχηματίζονται από τη πτώση μιας πέτρας σε μια λίμνη.

Νευρώνα προς νευρώνα διαπλέκουμε νοητικές δομές, οικοδομώντας παλάτια της μνήμης που τα κουβαλούμε μέσα μας ώσπου να πεθάνουμε.Οι επιστήμονες και οι φιλόσοφοι δεν θα σταματήσουν ποτέ να μαθαίνουν να διαβάζουν τα αρχιτεκτονικά σχέδια αυτών των κόσμων που υπάρχουν μέσα στο κεφάλι μας.