Creierul uman este 'preconfigurat' cu instrucțiuni pentru a înțelege lumea, arată un studiu

Echipa de oameni de știință, condusă de Universitatea din California, Santa Cruz, a anunțat săptămâna aceasta că a realizat studiul folosind modele miniaturale de țesut cerebral uman (organoide). Rezultatele au fost publicate în Nature Neuroscience.

'Aceste celule interacționează în mod clar între ele și formează circuite autoasamblate, înainte ca noi să putem experimenta ceva din lumea exterioară', a declarat Tal Sharf, cercetător la Școala de Inginerie Baskin din cadrul universității și autor principal al studiului.

'Există un sistem de operare care apare într-o stare primordială. În laboratorul meu, cultivăm organoide cerebrale pentru a observa această versiune primordială a sistemului de operare al creierului și pentru a studia modul în care creierul se construiește înainte de a fi modelat prin experiența senzorială', a explicat inginerul.

Îmbunătățirea înțelegerii fundamentale a modului în care se dezvoltă creierul uman îi poate ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă mai bine tulburările de neurodezvoltare și să identifice impactul toxinelor, precum pesticidele și microplasticele, asupra creierului în curs de formare.

- Creierul în dezvoltare -

Creierul, similar unui computer, funcționează prin semnale electrice - activarea neuronilor. Atât momentul în care încep să se activeze aceste semnale, cât și modul în care se dezvoltă creierul uman constituie o provocare pentru știință, dezvoltarea timpurie a creierului uman având loc în perioada sarcinii.

Organoidele - modele 3D de țesut cultivat din celule stem umane, în laborator - sunt deosebit de utile pentru studierea dezvoltării creierului. Acestea pot fi cultivate în cantități mari.

Pentru acest studiu, echipa a determinat celulele stem să formeze țesut cerebral și apoi a măsurat activitatea electrică folosind microcipuri specializate, similare cu cele pe baza cărora operează un computer.

Echipa a observat activitatea electrică a țesutului cerebral pe măsură ce acesta se forma - plecând de la celule stem - într-un țesut capabil să traducă simțurile și să producă limbaj și gândire conștientă.

Cercetătorii au descoperit că în primele luni de dezvoltare, cu mult înainte ca un creier uman să fie capabil să primească și să proceseze informații senzoriale externe complexe, cum ar fi văzul și auzul, celulele sale au început să emită spontan semnale electrice caracteristice tiparelor care stau la baza traducerii simțurilor.

După decenii de cercetări în domeniul neuroștiinței, cercetătorii au descoperit că neuronii se activează în funcție de tipare care nu sunt pur și simplu aleatorii.

Creierul are un 'mod predeterminat', o structură de bază subiacentă pentru activarea neuronilor, care devine apoi mai specifică, pe măsură ce creierul procesează semnale senzoriale, cum ar fi un miros sau un gust. Acest mod de bază delimitează gama posibilă de răspunsuri senzoriale pe care corpul și creierul le pot produce.

- Sisteme autoorganizate -

În observațiile lor asupra modelelor de organoide, Tal Sharf și colegii săi au descoperit că aceste modele observabile mai timpurii prezintă o similitudine surprinzătoare cu modul predeterminat al creierului.

Chiar și fără să fi primit un input senzorial, acestea activează un repertoriu complex de tipare bazate pe timp, sau secvențe, care au potențialul de a fi rafinate pentru simțuri specifice, sugerând un plan codificat genetic inerent în arhitectura neuronală a creierului viu.

'Aceste sisteme intrinsec autoorganizate ar putea servi drept bază pentru construirea unei reprezentări a lumii din jurul nostru', a sugerat Sharf.

'Faptul că le putem vedea în aceste stadii incipiente sugerează că evoluția a găsit o modalitate prin care sistemul nervos central poate să construiască o hartă ce ne permite să navigăm și să interacționăm cu lumea', a subliniat el.

Cunoașterea faptului că aceste organoide produc structura de bază a creierului viu deschide, conform studiului, o serie de posibilități pentru o mai bună înțelegere a neurodezvoltării umane, a afecțiunilor și a efectelor toxinelor asupra creierului.