Când apar primele gânduri în creierul uman

Cercetători de la Universitatea din California, Santa Cruz, au observat că primele semnale electrice ale creierului apar în tipare organizate, fără niciun stimul din exterior, un indiciu că organul gândirii ar putea veni „preinstalat” cu un set de instrucțiuni de bază.

O echipă internațională de oameni de știință, condusă de Universitatea din California, Santa Cruz (UCSC), a descoperit că primele momente de activitate electrică ale creierului uman urmează tipare structurate, deși apar cu mult înainte ca organismul să aibă vreun contact cu lumea exterioară. Descoperirea sugerează că creierul ar putea fi, într-un fel, „preconfigurat” genetic pentru a interacționa, mai târziu, cu mediul. Rezultatele cercetării au fost publicate recent în revista științifică Nature Neuroscience.

Cum au reușit cercetătorii să studieze un creier care încă se formează

Dezvoltarea timpurie a creierului uman are loc pe parcursul sarcinii, o perioadă greu accesibilă observației științifice directe. Pentru a depăși acest obstacol, echipa de cercetare a folosit organoide cerebrale — mici structuri tridimensionale de țesut, crescute în laborator din celule stem umane, care reproduc, la scară redusă, etapele incipiente ale dezvoltării creierului. Avantajul acestor modele este că pot fi obținute în număr mare și permit monitorizarea directă a unor procese altfel invizibile.

Cercetătorii au determinat celule stem să se transforme în țesut cerebral, după care au înregistrat activitatea electrică rezultată cu ajutorul unor microcipuri specializate, similare celor folosite în arhitectura computerelor moderne. Pe măsură ce țesutul a evoluat, de la stadiul de celule stem către o structură capabilă, la maturitate, să proceseze informații senzoriale și să susțină limbajul și gândirea conștientă, oamenii de știință au putut urmări continuu semnalele electrice generate.

Activitate electrică organizată, cu mult înainte de auz și văz

Una dintre principalele concluzii ale studiului este că, în primele luni de dezvoltare, cu mult timp înainte ca un creier uman să fie capabil să recepționeze și să interpreteze informații senzoriale complexe, precum imaginile sau sunetele, celulele nervoase au început deja să emită spontan semnale electrice. Aceste semnale nu erau aleatorii, ci urmau exact tipul de tipare care, mai târziu, stau la baza procesării simțurilor.

Tal Sharf, cercetător la Școala de Inginerie Baskin din cadrul UCSC și autor principal al studiului, a explicat că celulele observate „interacționează între ele și formează circuite autoasamblate” încă înainte de a exista vreun contact cu lumea exterioară. Potrivit acestuia, în laboratorul său sunt cultivate organoide cerebrale special pentru a putea observa această versiune incipientă a „sistemului de operare” al creierului, înainte ca acesta să fie modelat de experiența senzorială.

„Modul predeterminat” al creierului

Cercetările din neuroștiință arată, de câteva decenii, că activarea neuronilor nu se produce întâmplător, ci respectă un șablon de bază, numit, în literatura de specialitate, „modul predeterminat” al creierului. Acest șablon stabilește limitele în interiorul cărora creierul poate genera răspunsuri la stimuli senzoriali, fie ei un miros, un gust sau o atingere, iar pe măsură ce organismul acumulează experiențe noi, modelul de bază se rafinează și devine tot mai specific.

În organoidele studiate, echipa condusă de Sharf a identificat tipare similare acestui mod predeterminat, vizibile chiar înainte ca structurile să primească vreun input din mediul extern. Practic, țesutul cerebral activează din proprie inițiativă secvențe temporale complexe, care pot fi ajustate ulterior pentru funcții senzoriale specifice. Pentru cercetători, acest lucru sugerează existența unui plan codificat genetic, integrat direct în arhitectura neuronală a creierului viu — o structură-schelet pe care se construiește, mai târziu, capacitatea creierului de a percepe și interpreta lumea.

Implicații pentru medicină: tulburări de neurodezvoltare și impactul toxinelor

Dincolo de interesul pur științific, înțelegerea modului în care se formează, încă din perioada prenatală, arhitectura de bază a creierului uman are și aplicații medicale concrete. Echipa de cercetare susține că aceste informații ar putea contribui la o mai bună înțelegere a tulburărilor de neurodezvoltare, dar și la evaluarea modului în care anumite substanțe, precum pesticidele sau microplasticele , afectează un creier aflat încă în formare.

Organoidele cerebrale rămân, în acest context, un instrument valoros pentru cercetare: ele permit oamenilor de știință să studieze etape ale dezvoltării cerebrale care, în cazul unei sarcini reale, sunt complet inaccesibile observației directe, deschizând astfel o fereastră inedită spre primele momente ale formării creierului uman.