Καινούρια έρευνα αποκαλύπτει ότι η δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου διαθέτει ένα σχεδόν ιδανικό δίκτυο συνδέσεων. Έχετε ποτέ αναρωτηθεί γιατί ο ανθρώπινος εγκέφαλος εξελίχθηκε με τον συγκεκριμένο τρόπο; Μια καινούρια μελέτη από τον φυσικό Dmitri Krioukov και τους συνεργάτες του δίνει την απάντηση: η αιτία είναι η επιτάχυνση της μεταφοράς πληροφοριών από τη μία περιοχή του εγκεφάλου στην άλλη, γεγονός που του έδωσε τη δυνατότητα να λειτουργεί στον μέγιστο βαθμό.
Το έγγραφο, που δημοσιεύτηκε στις 3 Ιουλίου στο περιοδικό «Nature Communications», αποκάλυψε ότι η δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου διαθέτει ένα σχεδόν ιδανικό δίκτυο συνδέσεων, δηλαδή συνδέσεις που επιτρέπουν στις πληροφορίες να μεταφερθούν για παράδειγμα από τον ακουστικό φλοιό (υπεύθυνος για την ακοή) στον κινητικό φλοιό (υπεύθυνος για την κίνηση) ώστε να μπορούμε να κάνουμε τα πάντα από το να σηκώσουμε το χέρι μας στη σχολική τάξη για να απαντήσουμε σε μια ερώτηση μέχρι να χορέψουμε στον ρυθμό ενός τραγουδιού.
Advertisment
Τα ευρήματα αποτελούν κάτι παραπάνω από μια επιβεβαίωση της εξελικτικής προόδου του ανθρώπου. Αυτό πιθανόν να έχει σημαντικές συνέπειες για την επισήμανση των αιτιών των νευρολογικών διαταραχών αλλά και τη δημιουργία θεραπειών. Ο Krioukov αναφέρει τα εξής: «Το ιδανικό δίκτυο συνδέσεων στον εγκέφαλο θα περιείχε τον μικρότερο δυνατό αριθμό συνδέσεων ενώ συγχρόνως θα είχε τη μέγιστη απόδοση, δηλαδή, άμεση μεταφορά σημάτων από κάθε πιθανή πηγή προς κάθε προορισμό. Ο ερευνητής εξηγεί ότι υπάρχει ισορροπία υψώνοντας και χαμηλώνοντας τα χέρια του προκειμένου να σχηματίσει τη μορφή μιας κλίμακας. Η μελέτη παρουσιάζει μια καινούρια στρατηγική προκειμένου να βρεθούν οι συνδέσεις που δημιουργούν αυτή την ισορροπία ή, όπως λέει ο ίδιος, «το καίριο σημείο».
Ο Krioukov, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής, μελετά όλα τα είδη δικτύων, από εκείνα που σχετίζονται με μεγάλους όγκους δεδομένων στο Internet μέχρι τις διατάξεις που καθορίζουν τον εγκέφαλό μας. Στην καινούρια έρευνα, ο ίδιος και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν εξελιγμένες στατιστικές αναλύσεις που βασίζονταν στο έργο του βραβευμένου με Νόμπελ John Nash και που αφορούν τη θεωρία παιγνίων για την κατασκευή ενός χάρτη που περιείχε το ιδανικό δίκτυο συνδέσεων του εγκεφάλου το οποίο θα βελτιστοποιούσε τη μεταφορά των πληροφοριών. Στη συνέχεια συνέκριναν την ιδανική μορφή του εγκεφάλου με τον χάρτη του πραγματικού δικτύου του εγκεφάλου και προσπάθησαν να βρουν κατά πόσο μοιάζουν.
Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι το 89% των συνδέσεων στο ιδανικό δίκτυο του εγκεφάλου αντιστοιχούσε στο πραγματικό του δίκτυο. «Αυτό σημαίνει ότι ο εγκέφαλος εξελίχτηκε έτσι ώστε να είναι πάρα πολύ κοντά στον αλγόριθμό μας», εξηγεί ο Krioukov. Η στρατηγική των επιστημόνων πηγαίνει κόντρα στην παραδοσιακή μέθοδο: επιτρέπει στη λειτουργία – στη συγκεκριμένη περίπτωση την πλοήγηση – να καθοδηγεί τη δομή του ιδανικού δικτύου δείχνοντας έτσι ποιές συνδέσεις είναι απαραίτητες για την καλύτερη πλοήγηση. Οι περισσότεροι ερευνητές στον τομέα αυτό, λέει ο Krioukov, δημιουργούν πρώτα τα μοντέλα του πραγματικού δικτύου και ύστερα εξετάζουν τη λειτουργία του. Αυτή όμως είναι μια προσέγγιση που δεν εντοπίζει τις πιο σημαντικές συνδέσεις.
Advertisment
Η καινούρια στρατηγική έχει επίσης τη δυνατότητα να εφαρμοστεί σε διάφορους επιστημονικούς κλάδους. Στη μελέτη, της οποίας οι συνεργάτες συγγραφείς προέρχονται από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας και Οικονομικών της Βουδαπέστης, χαρτογραφήθηκαν συνολικά 6 διαφορετικά δίκτυα, όπως το Internet, τα αεροδρόμια των ΗΠΑ και οι δρόμοι της Ουγγαρίας. Σύμφωνα με τους συγγραφείς, το ουγγρικό οδικό δίκτυο δίνει στους ταξιδιώτες «την πολυτέλεια να κάνουν ένα οδικό ταξίδι χωρίς τη βοήθεια χάρτη».
Οι μελλοντικές εφαρμογές της έρευνας περιλαμβάνουν κι άλλους κλάδους. Γνωρίζοντας ποιες συνδέσεις σε ένα δίκτυο είναι οι πιο σημαντικές για την πλοήγηση, μαθαίνετε να προστατεύστε σχετικά με την τοποθεσία είτε πρόκειται για το διαδίκτυο, τον δρόμο, τα δρομολόγια τρένων ή τις αεροπορικές πτήσεις. «Αντιθέτως, αν έρθετε αντιμέτωποι με ένα τρομοκρατικό δίκτυο, γνωρίζετε ποιές συνδέσεις πρέπει να προσέξετε πρώτα», λέει ο Krioukov. Ένας σχεδιαστής συστημάτων μπορεί να εντοπίσει και να προσθέσει τις χαμένες συνδέσεις που είναι απαραίτητες για τη βελτίωση της πλοήγησης ενός δικτύου ηλεκτρονικών υπολογιστών.
Στον εγκέφαλο, οι συνδέσεις που υπάρχουν στο ιδανικό δίκτυο είναι εκείνες που απαιτούνται για τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου, τονίζει ο Krioukov. Στη συνέχεια δείχνει έναν λαβύρινθο από φούξια και τυρκουάζ νήματα που καταγράφονται σε μια απεικόνιση του εγκεφάλου και εντοπίζει τα σημάδια της φούξια διαδρομής, η οποία βρίσκεται τόσο στον ιδανικό όσο και στον πραγματικό εγκέφαλο. «Υποψιαζόμαστε ότι αυτά είναι τα βασικά σημεία που πρέπει να εξετάσουμε σε περίπτωση εμφάνισης κάποιας ασθένειας προκειμένου να ανακαλύψουμε αν υπάρχει βλάβη», συνεχίζει ο Krioukov.
Όσον αφορά το μέλλον, ο ίδιος υποθέτει ότι μόλις διαπιστωθεί η ύπαρξη τέτοιων συνδέσεων θα μπορούσαν να εφαρμοστούν καινούρια φάρμακα ή χειρουργικές τεχνικές που να στοχεύουν στην επισκευή ή την παράκαμψη της βλάβης. «Ο βασικός μας στόχος είναι να διορθώσουμε τις συνδέσεις που παρουσιάζουν βλάβη έτσι ώστε να είναι δυνατή η φυσιολογική λειτουργία τους», λέει ο Krioukov.
