15 atvejų, kai mokslininkus nustebino smegenys

Praėjusiais metais apžvelgėme daugybę įdomių tyrimų apie smegenis, kurių kiekvienas atskleidė naujų įžvalgų apie tai, kaip šis organas veikia – ir kartu iškėlė naujų klausimų.

Nors apie tai dažnai nekalbama, vyrų hormonų ciklas yra gana ryškus. Steroidinių hormonų, įskaitant testosteroną, kortizolį ir estradiolį, vyrų organizme per dieną sumažėja apie 70 proc., o per naktį vėl atsistato. Šiais metais smegenų skenavimo tyrimas atskleidė, kad smegenys praranda ir atgauna apimtį pagal šį paros ciklą. Tačiau šiuo metu neaišku, ar patys hormonai lemia smegenų pokyčius, ir kaip šis ciklas veikia vyrų smegenų funkciją.

Daugelis žmonių sako, kad kai nori trumpam „išjungti smegenis“, įsijungia filmą. Tačiau neseniai atliktas tyrimas parodė, kad žiūrint skirtingus filmus įsijungia 24 skirtingi smegenų tinklai. Tyrimą atlikę mokslininkai, susieję smegenų aktyvumo modelius su tuo, kas vyksta tam tikroje scenoje, galėjo sudaryti tiksliausią iki šiol funkcinį smegenų žemėlapį.

Atlikus novatorišką vaisiaus ir naujagimio tyrimą paaiškėjo, kaip po gimimo staiga pasikeičia tam tikrų smegenų dalių veikla. Labai padidėja aktyvumas subkortikaliniame tinkle, kuris veikia kaip informacijos perdavimo mazgas, ir sensomotoriniame tinkle, atsakingame už išorinių dirgiklių apdorojimą ir judesių koordinavimą. Dabar mokslininkai nori ištirti tuos pačius neišnešiotų kūdikių smegenų tinklus – kad pamatytų, ar jie pastebimai skiriasi nuo išnešiotų kūdikių.

Poreikis valgyti Tyrimas parodė, kad mūsų potraukį valgyti gali lemti paprasta grandinė, sudaryta tik iš trijų tipų neuronų. Smegenų ląstelės veikia kartu, kad aptiktų alkį signalizuojančius hormonus ir galiausiai įjungtų kramtymo raumenis valdančias ląsteles. Pažeisdami šią laboratorinių pelių grandinę, tyrėjai paskatino graužikus suvalgyti 12 kartų daugiau maisto nei įprastai – ir atlikti kramtymo judesius net tada, kai jie neturėjo maisto.

Nėštumo metu smegenys netenka apie 80 proc. smegenų pilkosios medžiagos. Dalis šios prarastos apimties atsistato po gimdymo, tačiau didžioji dalis prarastos medžiagos tokia ir išlieka. Panašus pilkosios medžiagos kiekio mažėjimas pastebimas ir brendimo laikotarpiu – kai smegenys, norėdamos padidinti savo efektyvumą, „atsikrato“ perteklinių jungčių. Mokslininkai teigia, kad šis pokytis nėštumo metu gali atspindėti panašų smegenų grandinių derinimą.

Tyrimas su pelėmis rodo, kad smegenyse gali būti saugomos bent trys kiekvienos užkoduotos atminties kopijos. Šios kopijos skiriasi pagal tai, kada jos sukuriamos, kiek ilgai išlieka ir kaip jos gali būti keičiamos laikui bėgant. Supratimas, kada ir kaip susidaro šios skirtingos kopijos, galėtų padėti mokslininkams spręsti problemas, kurios turi įtakos atminties kodavimui ir atkūrimui – pavyzdžiui, potrauminio streso sutrikimą ir demenciją.

Ar smegenų organoidai – laboratorijoje išauginti miniatiūriniai smegenų modeliai – galėtų kada nors įgyti sąmonę? Neurologas Kennethas Kosikas tikina, kad artimiausiu metu tai greičiausiai neįvyks. Tačiau jis pažymėjo, kad vis dar vyksta diskusijos dėl to, ką galima laikyti „sąmone“. Be to, kyla didelių klausimų, kas galėtų nutikti, jei tokios žmogaus „mini smegenys“ būtų persodintos gyvūnams arba prijungtos prie technologijų, kad būtų sukurti vadinamieji kiborgai.

„Magiškųjų grybukų“ veiklioji medžiaga Psilocibinas gali sutrikdyti smegenų tinklo, atsakingo už žmogaus savimonės palaikymą, veiklą. Ši smegenų grandinė, vadinama numatytojo režimo tinklu, yra aktyviausia, kai žmonės apmąsto save ir neatlieka jokios konkrečios užduoties. Pavartojus didelę psilocibino dozę, šio tinklo aktyvumas laikinai pakinta, o kai kurie padariniai trunka kelias savaites.

Smegenų skenavimo tyrimas gali padėti patvirtinti teoriją apie tai, kodėl žmonės patiria psichozę arba staigų atitrūkimą nuo realybės. Naudodami dirbtinį intelektą skenavimui analizuoti, mokslininkai nustatė, kad psichoze sergančių žmonių smegenyse sutampa „parašai“. Šie požymiai buvo arba susiję su genetine būkle, arba atsirado dėl nežinomos priežasties. Tyrimo rezultatai patvirtina teoriją, kad sergant psichoze sutrinka smegenų tinklų, atsakingų už žmogaus dėmesio nukreipimą, veikla – o tai sukelia haliucinacijas ir iliuzijas.

Daugeliui primatų rūšių – tarp jų ir žmonėms – būdingas bendras smegenų bangų modelis smegenų žievėje, išoriniame smegenų paviršiuje. Šiam universaliam modeliui būdingos aukšto dažnio smegenų bangos viršutiniuose smegenų žievės sluoksniuose ir lėtesnės bangos gilesniuose sluoksniuose. Mokslininkai mano, kad greitųjų ir lėtųjų bangų sąveika lemia, kokia informacija bet kuriuo metu išlieka sąmoningoje mintyje.

Mokslininkai atskleidė pagrindines smegenų dalis, kurios įsijungia, kai žmogus yra „srauto būsenoje“ arba „zonoje“. Tyrimo metu buvo skenuojamos skirtingą patirtį turinčių muzikantų smegenys. Jame buvo pateiktos dvi konkuruojančios „tėkmės“ teorijos – ir viena iš jų tapo pranašesnė.

Atlikus tyrimą nustatyta, kad žmogaus smegenys per tiek laiko, kiek užtrunka mirktelėti, gali atskirti pagrindines rašytinės kalbos struktūras. Tai rodo, kad smegenys gali apdoroti rašytines frazes taip pat greitai, kaip ir vaizdinius mus supančio pasaulio vaizdus. Atrodo, kad tyrimo dalyviai greičiau apdorojo frazes, kurias sudarė subjektai, veiksmažodžiai ir objektai, nei daiktavardžių sąrašus. Jie taip pat greitai apdorodavo informacij1, kai frazės prasmė nebuvo visiškai suprantama. Rezultatai rodo, kad smegenys ne tik nustato, kad egzistuoja žodžiai, bet ir iš karto pradeda analizuoti jų reikšmę.

Tyrimas su pelėmis rodo, kad nepaprastai didelės žmonių smegenys iš dalies galėjo išsivystyti dėl unikalių mikrobų, esančių mūsų žarnyne. Tyrimo metu mokslininkai į peles persodino mikrobus iš žmonių ir nežmoginių primatų žarnyno. Žmonių ir didelių smegenų primatų mikrobai maistą į energiją smegenims pavertė efektyviau – palyginti su mažų smegenų beždžionių mikrobais. Išvados rodo, kad didžiųjų smegenų savininkai mikrobai maistą efektyviau paverčia smegenų energija – ir taip padeda skatinti smegenų augimą.

Harvardo ir „Google“ mokslininkai pristatė įspūdingą nedidelės žmogaus smegenų dalies žemėlapį. Jame yra maždaug 57 000 neuronų, 23 cm ilgio kraujagyslės ir 150 milijonų sinapsių (neuronų jungčių). Žemėlapyje išryškėjo unikalios ir netikėtos smegenų savybės, įskaitant paslaptingus kai kurių neuronų „vingius“ arba mazgus.

3D spausdintuvu atspausdintas smegenų audinys, kuris iš tikrųjų veikia

Pirmą kartą mokslininkai 3D spausdintuvu atspausdino funkcinį žmogaus smegenų audinį. Pačiame spausdintuve vietoj rašalo buvo panaudotos kamieninės ląstelės, o vėliau komanda panaudojo cheminių medžiagų mišinį, kad paskatintų šias ląsteles virsti smegenų ląstelėmis. Gautos ląstelės galėjo bendrauti ir jungtis į tinklus, panašiai kaip tikrųjų smegenų ląstelės.