Σύνταξη – Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Η παρεγκεφαλίδα είναι υπεύθυνη για πολύ περισσότερες λειτουργίες από το συντονισμό της κίνησης – νέες τεχνικές αποκαλύπτουν ότι είναι στην πραγματικότητα ένας κόμβος αισθητηριακής και συναισθηματικής επεξεργασίας στον εγκέφαλο.
Τις τελευταίες δεκαετίες, οι νευροεπιστήμες έχουν δει μερικές εκπληκτικές προόδους. Ωστόσο ένα κρίσιμο τμήμα του εγκεφάλου μας παραμένει μυστήριο. Πρόκειται για την παρεγκεφαλίδα – που ονομάστηκε έτσι από το λατινικό cerebellum που σημαίνει μικρός εγκέφαλος – που βρίσκεται στο πίσω μέρος του εγκεφάλου. Κι όμως, η παρεγκεφαλίδα περιέχει τα τρία τέταρτα του συνόλου των νευρώνων του εγκεφάλου, οι οποίοι είναι οργανωμένοι σε μια σχεδόν κρυσταλλική διάταξη, σε αντίθεση με το μπερδεμένο σύνολο νευρώνων του υπόλοιπου εγκεφάλου.
Τα άρθρα και οι εγκυκλοπαίδειες υπογραμμίζουν το γεγονός ότι η λειτουργία της παρεγκεφαλίδας είναι να ελέγχει την κίνηση του σώματος. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η παρεγκεφαλίδα εκτελεί αυτή τη λειτουργία. Όμως οι επιστήμονες υποπτεύονται τώρα ότι αυτή η μακροχρόνια άποψη είναι μυωπική.
Τον Νοέμβριο έγινε στην Ουάσιγκτον, η ετήσια συνάντηση της Εταιρείας Νευροεπιστημών – η μεγαλύτερη συνάντηση νευροεπιστημόνων στον κόσμο. Εκεί, δύο από αυτούς οργάνωσαν ένα συμπόσιο για τις λειτουργίες της παρεγκεφαλίδας που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα και δεν σχετίζονται με τον έλεγχο της κίνησης. Νέες πειραματικές τεχνικές δείχνουν ότι εκτός από τον έλεγχο της κίνησης, η παρεγκεφαλίδα ρυθμίζει σύνθετες συμπεριφορές, κοινωνικές αλληλεπιδράσεις, επιθετικότητα, μνήμη εργασίας, μάθηση, συναίσθημα και πολλά άλλα.
Μια ρωγμή στην κυρίαρχη άποψη
Η σύνδεση παρεγκεφαλίδας και κίνησης είναι γνωστή από τον 19ο αιώνα. Οι ασθενείς που υπέφεραν από τραύμα σε αυτήν την περιοχή του εγκεφάλου είχαν εμφανείς δυσκολίες με την ισορροπία και την κίνηση, υποδηλώνοντας χωρίς αμφιβολία ότι ήταν κρίσιμη για τον συντονισμό της κίνησης. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, οι νευροεπιστήμονες ανέπτυξαν μια λεπτομερή κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το μοναδικό νευρικό κύκλωμα της παρεγκεφαλίδας ελέγχει την κινητική λειτουργία. Η εξήγηση για το πώς λειτουργούσε η παρεγκεφαλίδα φαινόταν στεγανή και αδιαμφισβήτητη.
Στη συνέχεια, το 1998, το ιατρικό περιοδικό Brain δημοσίευσε άρθρο όπου νευρολόγοι ανέφεραν ευρέως φάσματος συναισθηματικές και γνωστικές αναπηρίες σε ασθενείς με βλάβη στην παρεγκεφαλίδα. Για παράδειγμα, μια 22χρονη φοιτήτρια που είχε πέσει στον πάγο ενώ έκανε πατινάζ. Η αξονική τομογραφία αποκάλυψε όγκο στην παρεγκεφαλίδα. Μετά την χειρουργική αφαίρεση η νεαρή έγινε εντελώς διαφορετικός άνθρωπος. Η ευφυής φοιτήτρια είχε χάσει την ικανότητά της να γράφει με επάρκεια, να κάνει νοητική αριθμητική, να ονομάζει κοινά αντικείμενα ή να αντιγράφει ένα απλό διάγραμμα. Η διάθεσή της ισοπεδώθηκε. Κρυβόταν κάτω από τα σκεπάσματα και συμπεριφέρονταν ανάρμοστα. Οι κοινωνικές της αλληλεπιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της αναγνώρισης οικείων προσώπων, μειώθηκαν επίσης.
Αυτή και άλλες παρόμοιες περιπτώσεις μπέρδεψαν τους συγγραφείς. Αυτές οι, υψηλού επιπέδου, γνωστικές και συναισθηματικές λειτουργίες εθεωρείτο ότι εδράζονται στον εγκεφαλικό φλοιό και στο μεταιχμιακό σύστημα (limbic system) στη βάση του κροταφικού λοβού του εγκεφάλου. «Ποιος είναι ακριβώς ο ρόλος της παρεγκεφαλίδας και πώς τον επιτυγχάνει, δεν έχει ακόμη καθοριστεί», κατέληγαν οι επιστήμονες.
Παρ’ όλες τις ενδείξεις από κλινικές μελέτες ότι η συμβατική άποψη ήταν σε λάθος δρόμο, οι κορυφαίες επιστημονικές αρχές επέμεναν ότι η λειτουργία της παρεγκεφαλίδας ήταν να ελέγχει την κίνηση και τίποτα περισσότερο. «Είναι κάπως λυπηρό, γιατί έχουν περάσει 20 χρόνια από τότε που αναφέρθηκαν αυτά τα περιστατικά», λέει ο Diasynou Fioravante, νευροφυσιολόγος στο UC Davis, ο οποίος συνδιοργάνωσε το συμπόσιο του συνεδρίου.
Άλλοι νευρολόγοι έχουν επίσης παρατηρήσει νευροψυχιατρικές διαταραχές σε ασθενείς με βλάβες παρεγκεφαλίδας, προσθέτει η νευροεπιστήμονας Stephanie Rudolph του Ιατρικού Κολλεγίου Albert Einstein, που συνδιοργάνωσε το συμπόσιο με τον Fioravante. Ωστόσο, δεν υπήρχαν αδιαμφισβήτητα ανατομικά στοιχεία για το πώς το μοναδικό νευρικό κύκλωμα της παρεγκεφαλίδας θα μπορούσε ενδεχομένως να ρυθμίσει τις αναφερόμενες ψυχολογικές και συναισθηματικές λειτουργίες. Επομένως οι κλινικές αναφορές παραβλέφθηκαν.
Τώρα, μια καλύτερη κατανόηση του κυκλώματος της παρεγκεφαλίδας αποδεικνύει ότι αυτές οι μελέτες περιπτώσεων είναι σωστές και η κυρίαρχη άποψη είναι λάθος.
Καλωδίωση ακριβείας
Το σχέδιο καλωδίωσης της παρεγκεφαλίδας είναι οργανωμένο με ακρίβεια και συμπιεσμένο κατά τέτοιο τρόπο ώστε να συγκεντρώνει τα τρία τέταρτα των νευρώνων του εγκεφάλου σε έναν λοβό 10 εκατοστόμετρων. Ο κύριος τύπος νευρώνα της παρεγκεφαλίδας, που ονομάζεται κύτταρο Purkinje, διακλαδώνεται ευρέως σαν κοράλλι και είναι πεπλατυσμένος, σχεδόν σαν δισδιάστατος. Τα πτερύγια του ανεμιστήρα είναι οι δενδρίτες του νευρώνα, οι οποίοι λαμβάνουν τα εισερχόμενα σήματα. Αυτοί οι επίπεδοι νευρώνες είναι διατεταγμένοι παράλληλα, σαν να στοιβάζονται εκατομμύρια κοράλλια το ένα πάνω στο άλλο σε μια σφιχτή δέσμη. Χιλιάδες μικροσκοπικοί νευρώνες προβάλουν άξονες – τα καλώδια μέσω των οποίων γίνεται η μετάδοση των ηλεκτρικών ώσεων του εγκεφάλου – κάθετα μέσα από στοίβες δενδριτών, σαν νήματα στον αργαλειό. Κάθε άξονας συνδέεται με τους δενδρίτες δεκάδων χιλιάδων κυττάρων Purkinje. Αυτό το επίπεδο διασυνδεσιμότητας δίνει στους 50 δισεκατομμύρια νευρώνες της παρεγκεφαλίδας μια εκπληκτική ικανότητα ολοκλήρωσης.
Το κύκλωμα, μοναδικό για την παρεγκεφαλίδα, μπορεί να επεξεργαστεί τεράστιες ποσότητες εισερχόμενων δεδομένων από τις αισθήσεις προκειμένου να ρυθμίσει την κίνηση του σώματος. Η αρμονική κίνηση μιας μπαλαρίνας που χορευει στη σκηνή απαιτεί από την παρεγκεφαλίδα να επεξεργάζεται γρήγορα πληροφορίες από όλες τις αισθήσεις, ενώ παρακολουθεί τις μεταβαλλόμενες θέσεις των άκρων, διατηρεί την ισορροπία και χαρτογραφεί το χώρο μέσα στον οποίο κινείται το σώμα. Η παρεγκεφαλίδα χρησιμοποιεί αυτές τις δυναμικές πληροφορίες για να ελέγξει τους μύες με ακριβή χρονισμό προκειμενου να το κάνει στο σωστό κοινωνικό πλαίσιο, με γνώμονα το συναίσθημα και το κίνητρο.
Οι Fioravante και Rudolph συνειδητοποιούν τώρα ότι το μοναδικό νευρωνικό κύκλωμα της παρεγκεφαλίδας που ενσωματώνει πληροφορίες σχετικά με την κίνηση του σώματος, την εξοπλίζει επίσης για να χειρίζεται περίπλοκες νοητικές διαδικασίες και συμπεριφορές.
«Για παράδειγμα», εξηγεί η Rudolph, «η συνομιλία δυο ατόμων είναι μια σύνθετη συμπεριφορά. Πρέπει να κατανοήσει ο ένας την ομιλία του άλλου, προκειμένου να διατυπώσει μια απάντηση και μετά να χρησιμοποιήσει τους σχετικούς μύες για να την παράγει. Πρέπει επίσης να προσέξει τη γλώσσα του σώματός του άλλου καθώς και άλλα διακριτικά σήματα. Αν ο συνομιλητής κουνάει το κεφάλι για παράδειγμα, συμπεραίνω ότι ακούει και ενδιαφέρεται», προσθέτει η Rudolph.
Ο συντονισμός όλων των λειτουργιών που απαιτούνται για την ομιλία απαιτεί την αξιοποίηση σχεδόν όλων των άλλων που εκτελεί ο εγκέφαλος – από τη ρύθμιση του καρδιακού ρυθμού και της αρτηριακής πίεσης, που συντελείται σε εν τω βάθει περιοχές του εγκεφάλου, έως την επεξεργασία αισθητηριακών και συναισθηματικών πληροφοριών, που εκτελείται από το μεταιχμιακό σύστημα (limbic system). Απαιτεί επίσης συντονισμό με τις υψηλότερου επιπέδου γνωστικές λειτουργίες κατανόησης, αναστολής και λήψης αποφάσεων στον προμετωπιαίο εγκεφαλικό φλοιό.
Για να το κάνει αυτό η παρεγκεφαλίδα, θα πρέπει να έχει συνδέσεις που καλύπτουν ολόκληρο τον εγκέφαλο. Μέχρι τώρα, δεν υπήρχαν στοιχεία για αυτό, αλλά νέες τεχνικές αποκαλύπτουν αυτά τα μονοπάτια.
Κέντρο αισθητηριακής εισόδου
Μόλις πριν από δεκαετίες, όταν οι νευροανατόμοι χαρτογράφησαν τον εγκέφαλο, δεν μπορούσαν να βρουν άμεσες συνδέσεις της παρεγκεφαλίδας με τις περιοχές του εγκεφάλου που ελέγχουν το συναίσθημα και τη γνωστική λειτουργία, όπως το μεταιχμιακό σύστημα και ο προμετωπιαίος φλοιός. Αυτό τους οδήγησε να πιστέψουν ότι η παρεγκεφαλίδα ήταν κάπως απομονωμένη και μη εμπλεκόμενη σε αυτές τις ανώτερες γνωστικές λειτουργίες. Όμως, όπως οι ληστές μπορεί να αποφύγουν έναν διώκτη αλλάζοντας οχήματα, τα νευρικά σήματα μπορούν να μεταπηδούν από τον έναν νευρώνα στον άλλο. Αυτή η μέχρι προτεινόσουν μη γνωστή ενέργεια οδήγησε τους νευροανατόμους στα ίχνη των συνδέσεων της παρεγκεφαλίδας.
Νέες μέθοδοι επέτρεψαν στους νευροανατόμους να εντοπίσουν αυτές τις οδούς από την παρεγκεφαλίδα σε σημεία αναμετάδοσης και να τις ακολουθήσουν σε ολόκληρο τον εγκέφαλο. Οι ερευνητές μπορούν, για παράδειγμα, να εισάγουν ιούς λύσσας σε νευρώνες για να δουν ακριβώς σε ποιους άλλους νευρώνες θα εμφανιστούν. Έχουν κατασκευάσει γενετικά, φθορίζουσες πρωτεΐνες που αναβοσβήνουν όταν ενεργοποιείται μια νευρική ώθηση, ώστε να μπορούν να δουν τη ροή της κυκλοφορίας στα νευρωνικά κυκλώματα. Μπορούν επίσης να παρακολουθούν τα ίχνη που αφήνει πίσω της η νευρωνική ώθηση: Η εμφάνιση πρωτεϊνών που παράγονται όταν ένας νευρώνας πυροδοτείται μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό όλων των νευρώνων που επικοινωνούν σε ένα νευρωνικό δίκτυο, όταν εκτελείται μια συγκεκριμένη συμπεριφορά.
Στο συμπόσιο, οι ερευνητές μοιράστηκαν μια σειρά από συναρπαστικά νέα ευρήματα που αποκαλύφθηκαν από αυτές τις νέες μεθόδους, που καταδεικνύουν την εξελισσόμενη κατανόησή τους για την λειτουργία της παρεγκεφαλίδας.
Η Jessica Verpeut του Πανεπιστημίου της Αριζόνα ανέφερε δεδομένα που περιγράφουν το περίπλοκο και εκτεταμένο δίκτυο παρεγκεφαλιδικών συνδέσεων που ενεργοποιούνται σε όλο τον εγκέφαλο σε ποντίκια όταν κοινωνικοποιούνται ή μαθαίνουν να διαπραγματεύονται έναν λαβύρινθο.
Η Rudolph μοιράστηκε πειράματα που έδειξαν ότι η μητρική συμπεριφορά, που μελετήθηκε σε θηλυκά ποντίκια που φρόντιζαν τα νεογνά τους, επηρεαζόταν από ορμόνες που δρουν στην παρεγκεφαλίδα, ειδικά από την ορμόνη ωκυτοκίνη, η οποία προάγει τον μητρικό δεσμό. Όταν αυτός ο μηχανισμός διαταράχθηκε πειραματικά, η μητέρα δεν νοιαζόταν πλέον για τα νεογνά της.
Η Yi-Mei Yang του Πανεπιστημίου της Μινεσότα έδειξε ότι όταν διέκοψε ανατομικά ορισμένους παρεγκεφαλιδικούς νευρώνες, τα ποντίκια έχασαν το ενδιαφέρον τους να ασχολούνται με άγνωστα ποντίκια που είχαν εισαχθεί στο κλουβί τους. Ωστόσο, δεν είχαν καμία δυσκολία να αλληλοεπιδράσουν και να θυμηθούν νέα άψυχα αντικείμενα. Αυτό έδειξε ένα έλλειμμα στη σύνθετη μνήμη κοινωνικής αναγνώρισης, παρόμοιο με αυτό που βιώνουν τα αυτιστικά άτομα.
Στην πραγματικότητα, η παρεγκεφαλίδα είναι συχνά μικρότερη σε αυτιστικά άτομα και η Aleksandra Badura από το Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου Erasmus στο Ρότερνταμ παρουσίασε νέα δεδομένα που υποδηλώνουν ότι η παρεγκεφαλίδα εμπλέκεται στον αυτισμό επειδή είναι κόμβος αισθητηριακών εισροών, ειδικά για σήματα που σχετίζονται με κοινωνικά πλαίσια.
Αυτή η νέα έρευνα υπερβαίνει τις μελέτες σε ποντίκια. Ο Andreas Thieme από το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο του Έσσεν στη Γερμανία παρουσίασε ένα νέο κλινικό τεστ που χρησιμοποιείται για την ακριβή διάγνωση των συναισθηματικών και γνωστικών διαταραχών που προκαλούνται από παρεγκεφαλιδικές βλάβες.
Αυτές οι νέες, πρωτοποριακές μελέτες δείχνουν ότι εκτός από τον έλεγχο της κίνησης, η παρεγκεφαλίδα ρυθμίζει την περίπλοκη κοινωνική και συναισθηματική συμπεριφορά. Για να επιτευχθεί αυτή η συνολική επιρροή, η παρεγκεφαλίδα πρέπει να είναι ένας κόμβος που συγκεντρώνει δεδομένα από συνδέσεις με όλο τον εγκέφαλο. Δεν είναι περίεργο που έχει τόσους πολλούς νευρώνες – για να επιτύχει αυτές τις υψηλών προδιαγραφών εντολές και έλεγχο από μόνη της, πρέπει στην πραγματικότητα να είναι ένας «μικρός εγκέφαλος».
