Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένας σύνθετος βιολογικός επεξεργαστής αποτελούμενος από ένα δίκτυο δισεκατομμυρίων νευρώνων. Έτσι, η ανακάλυψη των εσωτερικών λειτουργιών του παραμένει μια πρόκληση για τους επιστήμονες, οι οποίοι συχνά αναπτύσσουν απλοποιημένα μοντέλα για να αποκαλύψουν τα μυστήριά του.
Τώρα ερευνητές του Ινστιτούτου Βιομηχανικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Τόκιο, δημιούργησαν ένα μοντέλο που χρησιμοποιεί μικροσκοπικά πλακίδια για την ανάπτυξη και τη σύνδεση των νευρώνων, κυριολεκτικά, κύτταρο προς κύτταρο.
Συνήθως, οι ερευνητικές εργασίες στον εγκέφαλο περιλαμβάνουν την ανάπτυξη ενός πλέγματος νευρώνων μέσω “in vitro καλλιεργειών”, οι οποίες λειτουργούν σαν μια απογυμνωμένη εκδοχή του ανθρώπινου εγκεφάλου που μπορεί να “παραποιηθεί” χημικά ή ηλεκτρικά.
Αλλά τα μοντέλα καλλιέργειας in vitro ( καλλιέργειας μέσα σε δοκιμαστικό σωλήνα) αντιμετωπίζουν το πρόβλημα της ανεξέλεγκτης ανάπτυξης, λόγω του ότι οι νευρώνες αρχίζουν να κάνουν τυχαίες συνδέσεις μεταξύ τους. Αυτή η τάση των νευρώνων καθιστά δύσκολη την παρατήρηση του εγκεφαλικού ιστού.
Μια πιο κοντινή παρατήρηση της συμπεριφοράς των νευρώνων, βοήθησε στη διαπίστωση ότι τα εγκεφαλικά κύτταρα θα μπορούσαν να καλλιεργηθούν με πιο οργανωμένο τρόπο μέσω γεωμετρικών μοτίβων. Έτσι, δημιούργησαν μια μικροσκοπική πλάκα κατασκευασμένη από “συνθετικό υλικό προσκόλλησης νευρώνων” για να καθοδηγήσει την ανάπτυξη των κυττάρων.
Η κυκλική πλάκα έχει δύο προεξέχοντα ορθογώνια που μοιάζουν με σφαιρίδια πάνω σε σφιχτό σπάγκο. Όταν ένας νευρώνας τοποθετείται πάνω στο πλακίδιο, το σώμα του κυττάρου σφίγγει στον κύκλο ενώ ο άξονας και οι δενδρίτες (που διευκολύνουν την επικοινωνία μεταξύ τους) αναπτύσσονται κατά μήκος των ορθογωνίων.
Δεδομένου ότι τα πλακίδια είναι κινητά, θα μπορούσαν να μετακινηθούν φυσικά για να δημιουργήσουν συνδέσεις με άλλους νευρώνες με τον επιθυμητό τρόπο. Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν το δίκτυο των συνδεδεμένων νευρώνων για να δουν αν μπορούσαν να μεταδώσουν ένα σήμα και αυτό λειτούργησε!
“Πιστεύουμε ότι η τεχνική αυτή θα μας επιτρέψει τελικά να σχεδιάσουμε απλά μοντέλα δικτύων νευρώνων με ανάλυση ενός κυττάρου”, δήλωσε ο Shoji Takeuchi, επικεφαλής ερευνητής αυτού του έργου. “Είναι μια συναρπαστική προοπτική, καθώς ανοίγει πολλές νέες οδούς έρευνας που δεν είναι δυνατές με την τρέχουσα μέθοδο πειραματικών εργαλείων”.
