Εγκέφαλος και Συνειδητότητα (ενημέρωση: Απρ. 2024)

Εισαγωγή

«Αν ο ανθρώπινος εγκέφαλος ήταν τόσο απλός που θα μπορούσαμε να τον κατανοήσουμε, θα είμαστε τόσο απλοϊκοί ώστε να μην μπορούμε (να τον κατανοήσουμε)». Moran Cerf

"Ξέρουμε περισσότερα για τη δημιουργία του σύμπαντος ή τη δομή του ατόμου, από τη λειτουργία του εγκέφαλού μας" Anil Seth

Τρεις δομές στη Φύση είναι τόσο πολύπλοκες και μυστηριώδεις, που οι λεπτομέρειές τους ουσιαστικά μας διαφεύγουν. Το Σύμπαν, η Ζωή και η Συνειδητότητα.

Και στις τρεις περιπτώσεις πρόκειται για πολύ εκτεταμένες αλλά επαναλαμβανόμενες δομές για τις οποίες γνωρίζουμε αρκετά καλά το υλικό παρατηρήσιμο μέρος τους, δηλαδή αυτό που καταγράφουμε μέσω των αισθήσεων ή με τα σύγχρονα επιστημονικά όργανα και μεθόδους, αλλά μας διαφεύγει η ουσιαστική αλληλεπίδραση των στοιχείων που παρατηρούμε, όπως πχ στην περίπτωση του Σύμπαντος όπου σχετικά πρόσφατα διαπιστώθηκε ότι το 95%  των πεδίων που επιδρούν παραμένουν άγνωστα (Σκοτεινή ύλη και ενέργεια)*.

             *Το φθινόπωρο του 2020 δημοσιεύθηκε στο Frontiers of Physics η εργασία δύο Ιταλών επιστημόνων, ενός αστροφυσικού και ενός νευροχειρουργού, που επισημαίνουν την ομοιότητα δομής του εγκέφαλου με το Σύμπαν, και ειδικότερα στην πολυπλοκότητα και στην αυτο-οργάνωση της δομής τους. Μέχρι του σημείου μάλιστα και στις δύο περιπτώσεις γύρω στο 70% της μάζας τους να αποτελείται από "αδρανή" στοιχεία, είτε με τη μορφή του νερού στον εγκέφαλο είτε της σκοτεινής ενέργειας στο Σύμπαν και αυτό παρά τη διαφορά κατά 27 τάξεις μεγέθους (1 ακολουθούμενο από 27 μηδενικά) στο μέγεθός τους. Ενώ το υπόλοιπο 30% αποτελείται από νευρώνες και ύλη (κανονική και σκοτεινή) αντίστοιχα. Ο συσχετισμός αυτός ανοίγει ένα νέο πεδίο έρευνας για τις διαδικασίες συνδεσιμότητας σε συστήματα με τεράστιο αριθμό στοιχείων το καθένα, παρόλες τις πολύ διαφορετικές φυσικές δυνάμεις που εμπλέκονται στις συγκεκριμένες δύο περιπτώσεις (https://neurosciencenews.com/brain-universe-17281/).

 

Πάντως και στις τρεις περιπτώσεις που προαναφέρθηκαν, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι εμπλέκονται κβαντικά φαινόμενα, που θα τα δούμε στη συνέχεια, ενώ ειδικά στην περίπτωση του Σύμπαντος αυτό έχει πια αποδειχτεί.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος, μάζας κάτι λιγότερο από 1.5 kg και το πιο πολύπλοκο σύστημα που γνωρίζει ο άνθρωπος, βρίσκεται καλά προστατευμένος κάτω από 10 mm συμπαγούς οστού και περιβάλλεται από το εγκεφαλονωτιαίο υγρό, που δρα σαν αμορτισέρ σε περίπτωση χτυπήματος. Ταυτόχρονα προστατεύεται από μολύνσεις (μαζί με τον νωτιαίο μυελό) με τον αιματο-εγκεφαλικό φραγμό (blood brain barrier), που δεν επιτρέπει σε βακτήρια και ιούς να περάσουν από το αίμα προς αυτόν, αν και σε μεγάλη ηλικία ο αιματο-εγκεφαλικός φραγμός εξασθενεί *.

            *Τη δεκαετία του 2010 μάλιστα, ανακοινώθηκε ότι βακτηρίδια που αναπτύσσονται σε χρονίζουσες φλεγμονές των ούλων ειδικά σε μεγαλύτερη ηλικία, μπορεί να περάσουν από τον φραγμό προκαλώντας αντίδραση του οργανισμού, η οποία στην περιοχή του εγκέφαλου  με τη σειρά της μπορεί να προκαλέσει ή να συμβάλλει στην πρόωρη ανάπτυξη της νόσου του Alzheimer. Στις αρχές του 2020 ανακοινώθηκε ότι γίνονται πειράματα με βιοδιασπώμενα εμφυτεύματα στον εγκέφαλο που θα εκπέμπουν υπέρηχους σε συγκεκριμένη περιοχή του, έτσι ώστε να "χαλαρώνουν" τοπικά τον αιματο-εγκεφαλικό φραγμό, με στόχο να καταφέρνουν να τον περνούν τα μεγάλα μόρια των φαρμάκων. Επίσης, έχει βρεθεί ότι τον φραγμό τον χαλαρώνει και το χρόνιο στρες, με αποτέλεσμα πρωτεΐνες που προκαλούν φλεγμονές να εισέρχονται στον εγκέφαλο. 

Τρία βασικά επίπεδα ανάπτυξης της συνειδητότητας μπορούμε να διακρίνουμε στον ανθρώπινο εγκέφαλο, που αντιστοιχούν σε τρεις βασικές δομές και περιοχές του, και μάλιστα με αυτή τη σειρά διαμορφώνονται (από κάτω προς τα επάνω χωροταξικά) και κατά την ανάπτυξη του εμβρύου, γι’ αυτό θεωρείται ότι αντιστοιχούν και στην εξέλιξη του ανθρώπινου είδους.

Εικόνα 1. Σχηματική απεικόνιση της εξέλιξης του εγκέφαλου.

1.       Τον Ερπετοειδή (reptilian) εγκέφαλο, που περιλαμβάνει βασικά το εγκεφαλικό στέλεχος (brain stem) στο κάτω μέρος του εγκέφαλου, που επιτρέπει την αντίληψη του χώρου, ελέγχει τις αυτοματοποιημένες λειτουργίες του σώματος που είναι απαραίτητες για τη ζωή, και καθορίζει τον βαθμό εγρήγορσης. Ο ερπετοειδής εγκέφαλος αντιστοιχεί στις ικανότητες που έχουν οι συσκευές Τεχνητής Νοημοσύνης στις αρχές του 21ου αιώνα.

2.       Τον εγκέφαλο των Θηλαστικών (μεταιχμιακό η λιμπικό σύστημα - limbic system) στο κέντρο του εγκέφαλου, που επιτρέπει την αντίληψη, επεξεργασία και έκφραση των συναισθημάτων, καθώς και την οργάνωση της μνήμης.

3.       Τον Ανθρώπινο εγκέφαλο (με κύρια χαρακτηριστικά τον νεοφλοιό - neocortex)* στο εμπρός, επάνω, πίσω και τα δύο πλευρικά τμήματά του, που επιτρέπει τις λογικές επεξεργασίες, την αντίληψη της ροής του Χρόνου και την τοποθέτηση του «εαυτού» στο Μέλλον (προγραμματισμός και φαντασία). Πολύ χοντρικά, το εμπρός τμήμα του φλοιού (μετωπικό - frontal) αντιστοιχεί στη λήψη αποφάσεων, το επάνω (βρεγματικό - parietal) στη μαθηματική επεξεργασία, το πίσω (ινιακό -occipital) στην οπτική επεξεργασία και τα πλευρικά (κροταφικά - temporals) τμήματα στη μνήμη (αποθήκευση πληροφοριών), ενώ ειδικότερα το αριστερό έχει επίσης καθοριστικό ρόλο και στην κατανόηση και εκφορά του λόγου.

*Φλοιό διαθέτουν και οι εγκέφαλοι των άλλων θηλαστικών, αλλά αναλογικά στα είδη αυτά είναι σαφώς πιο περιορισμένος, ειδικά στο εμπρόσθιο (μετωπιαίο) τμήμα του, γι' αυτό και το ανθρώπινο μέτωπο είναι πολύ πιο "όρθιο" σε σχέση με τα ανθρωποειδή. Για σύγκριση, ο φλοιός στον άνθρωπο αποτελεί το 75% του εγκεφάλου του, ενώ στα ζώα περίπου το 30%. Στο άλλο άκρο, όταν ένας οργανισμός ουσιαστικά δεν κινείται, δεν χρειάζεται και δεν διαθέτει καθόλου εγκέφαλο.

Εικόνα 2. Οι γενικές περιοχές του εγκέφαλου (το εμπρός μέρος δεξιά).

Η συνειδητότητα (η επίγνωση ενός αυτόνομου «εαυτού») κατά μία άποψη θα μπορούσε να έχει προκύψει απλά σαν αποτέλεσμα των πολυάριθμων νευρικών συνδέσεων των νευρώνων, δηλαδή των συνάψεων (σε κάθε νευρώνα αντιστοιχούν μερικές χιλιάδες συνάψεις), με αντίστοιχο τρόπο που οι πολύπλοκες μορφές ζωής έχουν προκύψει από το άθροισμα και τη συνδυασμένη λειτουργία πολυάριθμων κυττάρων.

Αυτό βέβαια δεν εξηγεί τον μηχανισμό με τον οποίο κάτι τέτοιο συμβαίνει*, και οι περισσότεροι ερευνητές πιστεύουν ότι η Ζωή και η Νοημοσύνη είναι κάτι περισσότερο από συστοιχίες έστω και δισεκατομμυρίων διασυνδεδεμένων κυττάρων. Μάλιστα φαίνεται ότι το κρίσιμο στοιχείο δεν είναι ο αριθμός των νευρώνων ή των συνδέσεών τους, όσο το είδος αυτών των συνδέσεων.

*Μία προσπάθεια προς την κατεύθυνση αυτή έγινε στα τέλη της δεκαετίας του ’80 από τον Δανό φυσικό Per Bak, ο οποίος πρότεινε μια θεωρία που είχε αναπτύξει μια δεκαετία νωρίτερα για τα αυτορυθμιζόμενα συστήματα στα όρια της ισορροπίας (self organized criticality), χωρίς να καταφέρει όμως να πείσει τους νευροεπιστήμονες.

Φυσικά θα πρέπει να υπάρχει ένα γενικό* «μοντέλο» για τη διασύνδεση και αλληλεπίδραση των νευρικών κυττάρων (νευρώνων), πέρα από τη δημιουργία των ίδιων των νευρώνων οι οποίοι υπακούουν στους ίδιους κανόνες της δημιουργίας και εξειδίκευσης των κυττάρων του σώματος, κάτι που προφανώς επιτελείται και αυτό από το DNA.

*Γενικό, γιατί είναι αδύνατον τα συνολικά 23.000 γονίδια (που κωδικοποιούν πρωτεΐνες) στον άνθρωπο (από τα οποία το 1/3 αφορούν στον εγκέφαλο και τη λειτουργία του) και τα 3 εκατομμύρια  μοριακών συνδυασμών του συνόλου των γονιδίων, να περιέχουν μεταξύ τόσων άλλων γενετικών πληροφοριών και πληροφορίες για τα 100 τρισεκατομμύρια διασυνδέσεων των νευρώνων (περισσότερες από 1000 συνδέσεις ανά νευρώνα). Από τη στιγμή λοιπόν που υπάρχει ένα γενικό «πατρόν» οι λεπτομέρειες αυτορρυθμίζονται, όπως σ’ ένα πυκνοφυτεμένο δάσος που οι θέσεις των δέντρων είναι προκαθορισμένες αλλά τα κλαδιά τους ακουμπούν μεταξύ τους με τυχαίο, άρα μοναδικό κάθε φορά τρόπο.

Υπόψη ότι οι νευρώνες (περίπου 86 δισεκατομμύρια στον άνθρωπο, οι περισσότεροι απ’ αυτούς στην παρεγκεφαλίδα*, μια σχεδόν ανεξάρτητη δομή στο πίσω και κάτω μέρος του εγκέφαλου) δεν είναι τα μόνα κύτταρα του εγκέφαλου, μάλιστα δεν είναι καν τα πολυπληθέστερα. 

Πολλά περισσότερα είναι τα νευρογλοιακά κύτταρα (που χωρίζονται σε τρεις υποκατηγορίες) και έχουν γενικά υποστηρικτικό ρόλο ως προς τα κύτταρα των νευρώνων, αν και πρόσφατες έρευνες τους αποδίδουν έναν πολύ πιο σημαντικό ρόλο που έχει να κάνει με την ανάπτυξη των νευρώνων.
Μάλιστα πρόσφατα έχει ανακοινωθεί (Μάρτιος 2019), ότι έχει εντοπιστεί το γονίδιο (FOXG1) που καθορίζει την αριθμητική αναλογία μεταξύ των δύο αυτών βασικών κατηγοριών εγκεφαλικών κυττάρων.
              *Η παρεγκεφαλίδα, που σχετίζεται με τον συντονισμό των κινήσεων και την ισορροπία, παρότι αντιστοιχεί μόνο στο 1/8 του εγκέφαλου σε όγκο, έχει πρόσφατα βρεθεί ότι η επιφάνειά της αντιστοιχεί στο 80% της επιφάνειας του φλοιού του εγκέφαλου.

Και φαίνεται ότι λίγα σχετικά γονίδια (μεταξύ του συνόλου των γονιδίων στο ανθρώπινο DNA) όπως το HAR1 και το ASTM που μπορεί να διαφοροποιήθηκαν από μετάλλαξη μερικά εκατομμύρια χρόνια πριν, έδωσαν ενδεχομένως στον ανθρώπινο εγκέφαλο το «κάτι παραπάνω» σε φλοιό, ενώ άλλα γονίδια ευνόησαν την όρθια στάση και την επιδεξιότητα στα δάκτυλα*. Και πριν από 200.000 χρόνια μια μετάλλαξη (στο γονίδιο FOXP2) «έλυσε» τη γλώσσα του ανθρώπου**, ενώ η πιο πρόσφατη σημαντική μετάλλαξη που πέρασε στο ανθρώπινο είδος εντοπίζεται πριν από 6000 χρόνια, και συμπίπτει χρονικά με την οργανωμένη καλλιέργεια της γης και τη γραφή.

*Την άνοιξη του 2018, ανακοινώθηκε ότι εντοπίσθηκε μια ομάδα γονιδίων η   NOTCH2NL που υπάρχει μόνον στον άνθρωπο, η οποία προκάλεσε την ιδιαίτερη ανάπτυξη των νευρώνων του εγκεφαλικού φλοιού πριν από 3 - 4 εκατομμύρια χρόνια.

          **Τον Απρίλιο του 2020 ανακοινώθηκε ότι εντοπίσθηκε η "διαδρομή" μέσα από την οποία επικοινώνησε το κέντρο του λόγου στον ανθρώπινο εγκέφαλο με το κέντρο της λογικής στον προμετωπιαίο φλοιό και έδωσε τη δυνατότητα του λόγου, μια σύνδεση που φαίνεται να ξεκίνησε 20 εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα από την αρχική εκτίμηση. Ενώ τον Νοέμβριο του 2020 δημοσιεύθηκε στο έγκριτο Science μια γερμανο-ιαπωνική έρευνα σύμφωνα με την οποία μελετήθηκε η εισαγωγή του γονιδίου ARHGAP11B, που υπάρχει μόνο στους ανθρώπους, στο DNA αρχικών εμβρύων των μικροσκοπικών πιθήκων μαρμοζέτ. Μετά από περίπου τρείς μήνες τα έμβρυα αφαιρέθηκαν, και διαπιστώθηκε (σε σχέση με τα έμβρυα της ομάδας ελέγχου) σαφής αύξηση του όγκου του εγκεφάλου τους, εμφάνιση ελίκων (τυπικά οι εγκέφαλοί τους είναι λείοι) αλλά και αύξηση του αριθμού των νευρώνων. Αντίστοιχα αποτελέσματα υπήρξαν και παλαιότερα, με την εισαγωγή αυτού του γονιδίου σε ποντίκια.

Τον Ιανουάριο του 2021 ανακοινώθηκε ότι με ακουστική διέγερση περιοχών του εγκέφαλου, διαπιστώθηκε ότι άνθρωποι και πίθηκοι (απ' όλα τα ζώα) μοιράζονται ένα κατά βάση κοινό σύστημα επικοινωνίας μεταξύ ακουστικών ερεθισμάτων και οπτικοποίησής τους στον εγκέφαλο, που βοηθάει στην ανάπτυξη μνήμης και γλώσσας.

Την άνοιξη του 2021, ανακοινώθηκε ότι εντοπίσθηκαν 267 γονίδια (κοινά σε όλους τους ανθρώπους σήμερα, καθώς υπάρχουν κάποια ακόμα που εμφανίζονται μόνο σε ορισμένες φυλετικές ομάδες), που διαφοροποιούν τον σύγχρονο άνθρωπο από τα προγενέστερα συγγενή του είδη (πιθηκοειδή, ενδιάμεσα και Νεάντερταλ), που σχετίζονται κυρίως με την κοινωνικότητα, την επινοητικότητα και την αίσθηση του "εαυτού". Και ότι η διαφοροποίηση αυτή έγινε σε τρία βασικά στάδια, τα δύο πρώτα πριν από 40 και 2 εκατομμύρια χρόνια αντίστοιχα, ενώ το τρίτο πριν 100.000 χρόνια.

Οι Νεάντερταλ συγκεκριμένα (που έζησαν 400.000 - 40.000 χρόνια πριν), εξελίχθηκαν από κοινό πρόγονο με τον Homo Sapiens, αλλά μετανάστευσαν προς την Ευρώπη και την Ασία και αργότερα αναμίχθηκαν με τον Homo Sapiens (ο οποίος αρχικά παρέμεινε και εξελίχθηκε στην Αφρική) αφήνοντας ένα 2-3% του γονιδιώματός τους* "κληρονομιά" στους σύγχρονους ανθρώπους, εκτός των κατοίκων της υποσαχάριας Αφρικής που δεν έχουν καθόλου, καθώς δεν μετανάστευσαν από τον τόπο τους.

* Αυτό το τμήμα όμως δεν είναι το ίδιο σε όλους τους ανθρώπους, με αποτέλεσμα συλλογικά ένα μεγάλο μέρος του πληθυσμού μπορεί να έχει μέχρι και 70% του γονιδιώματος των Νεάντερταλ.

        Εικόνα 2α. Ο πιο σκουρόχρωμος φλοιός (φαιά ουσία) σχηματίζεται από τα σώματα και τους δενδρίτες (κοντές απολήξεις) των νευρώνων, ενώ οι άξονές τους σχηματίζουν βαθύτερα τη λευκή ουσία. Κατά μία άποψη, οι πτυχώσεις του εγκέφαλου δημιουργούνται από μηχανικές δυνάμεις που ασκούνται εξαιτίας του ταχύτερου ρυθμού ανάπτυξης της φαιάς, σε σχέση με τη λευκή ουσία.

Δεν είναι επίσης περίεργο, ότι όσο πιο πολύπλοκος κυτταρικά είναι ένας οργανισμός έχει αντίστοιχα και υψηλότερη νοημοσύνη, καθώς προφανώς η εξέλιξη υπήρξε παράλληλη. 

Όταν λοιπόν η εξειδίκευση αυτή των νευρώνων μέσα στον εγκέφαλο έγινε πολύ μεγάλη και οι νευρικές διασυνδέσεις (συνάψεις) πολυάριθμες και πολύπλοκες*, τότε η συνειδητότητα ενδέχεται να προέκυψε «αυθόρμητα». Όπως για παράδειγμα μερικοί τερμίτες μόνοι τους δεν μπορούν να κτίσουν μια φωλιά, όχι επειδή είναι λίγοι αλλά επειδή δεν διαθέτουν αρκετή συλλογική αλληλεπίδραση (συλλογική ευφυΐα) για την κατασκευή των πολύπλοκων φωλιών τους**.
Μάλιστα ο «χάρτης» όλων των διασυνδέσεων των νευρώνων του ανθρώπινου εγκέφαλου (connectome) τον οποίο οι επιστήμονες ελπίζουν ότι θα έχουν ολοκληρώσει μέχρι το τέλος του 21ου αιώνα, είναι μοναδικός για κάθε άτομο και είναι αυτός που καθορίζει την προσωπικότητά του. 

Ήδη σήμερα έχουν δημιουργηθεί χάρτες των βασικών συνδέσεων του εγκέφαλου αλλά είναι τόσο γενικοί, σαν τον χάρτη μιας χώρας που απεικονίζει μόνο τους αυτοκινητόδρομους, ενώ για να είναι πλήρως  λειτουργικός πρέπει να απεικονίζονται ακόμα και τα δρομάκια. 

Είναι χαρακτηριστικό ότι μέχρι σήμερα μόνο ένα connectome έχει πλήρως χαρτογραφηθεί, αυτό του μικροσκοπικού νηματοσκώληκα C. Elegans ο εγκέφαλος του οποίου έχει 300 νευρώνες και 7.000 συνάψεις, και χρειάστηκαν 14 χρόνια γι’ αυτό! Από τις αρχές του 2019 ο στοιχειώδης αυτός εγκέφαλος μελετάται για να διαπιστωθεί πώς κάποιες μνήμες αν και αποθηκεύονται αποτυγχάνουν να ανακληθούν. Οι πολυάριθμες λοιπόν συνάψεις φαίνεται να είναι στη βάση της αυξημένης ευφυΐας του ανθρώπου, για τις οποίες ένα άλλο γονίδιο το SRGAP2 παίζει σημαντικό ρόλο, καθώς ο άνθρωπος έχει τέσσερις παραλλαγές, ενώ τα άλλα θηλαστικά μόνο μία.
Πέρα από την ανάπτυξη συνδέσεων μεταξύ τους, οι νευρώνες χαρακτηρίζονται και από την ικανότητα να μετακινούνται μέσα στον εγκέφαλο, και μάλιστα προς περιοχές που η παρουσία τους είναι επωφελέστερη για τον οργανισμό.

*Το συνολικό μήκος όλων των νευρικών ινών ενός ανθρώπινου εγκέφαλου αντιστοιχεί σε δύο φορές την περίμετρο της Γης!

** Τον Μάρτιο του 2018 ανακοινώθηκε στο Science News ότι ερευνάται η «λογική» του σμήνους των μελισσών σαν «υπεροργανισμού», καθώς φαίνεται ότι λειτουργεί κατ’ αναλογία με τον ανθρώπινο εγκέφαλο, όπου το σύνολο έχει πολύ περισσότερες ικανότητες από το να είναι απλά πολλαπλάσιο της μονάδας.

Εικόνα 3. Οι πολύ βασικές συνδέσεις του εγκέφαλου (μεταξύ περιοχών, όχι μεταξύ νευρώνων), σε εγκάρσια απεικόνιση.

Πάντως, παρά τη διαδεδομένη αντίληψη ότι χρησιμοποιούμε μόνο το 10% της ικανότητας του εγκεφάλου μας, έχει αποδειχθεί ότι σε κατάσταση ηρεμίας χρησιμοποιούμε ήδη το 15%, ενώ σε έντονη διανοητική δραστηριότητα το ποσοστό αυτό φτάνει περίπου στο 30%. 

Τελικά όμως όλες οι περιοχές του εγκέφαλου χρησιμοποιούνται κάποια στιγμή. 

Επίσης, αν και ο εγκέφαλος κατά τη γέννηση (ουσιαστικά μέχρι 4 ετών) διαθέτει ήδη τους περισσότερους νευρώνες του, οι μεταξύ τους συνδέσεις (συνάψεις) συνεχίζουν να αναπτύσσονται μέχρι τα 20 περίπου χρόνια, αλλά μετά βαθμιαία μειώνονται παρότι ο εγκέφαλος συνεχίζει να αναπτύσσεται σε συνολικό μέγεθος μέχρι την ηλικία των 30 – 40 ετών, ενώ στη συνέχεια συρρικνώνεται με ρυθμό 5% ανά δεκαετία.
Ακόμα, μέχρι την ηλικία των 20 ετών ο εγκέφαλος κάνει παράλληλα ένα "κλάδεμα" συνάψεων νευρώνων που δεν πολυχρησιμοποιούνται, με σκοπό να εξοικονομήσει υλικό φαιάς ουσίας (νευρώνες), ώστε να ενισχύσει την ανάπτυξη των κύριων συνδέσεων μεταξύ των διαφόρων τμημάτων του εγκέφαλου, δηλαδή της λευκής ουσίας (νευρογλοιακά κύτταρα).

Μάλιστα φαίνεται ότι ένα είδος αυτισμού οφείλεται σε υπερβολική συνδεσιμότητα νευρώνων στον εγκεφαλικό φλοιό, ενώ και αυτή με τη σειρά της αποδίδεται σε λανθασμένη δραστηριότητα μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης (mTOR).
Ανακοινώσεις μέσα στο 2018 όμως, υποστηρίζουν ότι τη διαφοροποίηση στην εγκεφαλική ικανότητα δεν τη δίνει μόνο ο μεγαλύτερος αριθμός νευρώνων του ανθρώπινου εγκέφαλου και ειδικά του νεοφλοιού, αλλά και το είδος των ανθρώπινων νευρώνων, που με ιδιαίτερα επιμήκεις δενδρίτες (οι πολυάριθμες, σαν κλαδιά απολήξεις ενός νευρώνα, εικόνα 8α) μπορούν να εκτελούν περισσότερους "υπολογισμούς" απ' ότι οι κοντύτεροι δενδρίτες των νευρώνων των ζώων.

Ο μεγάλος αριθμός νευρώνων μοιάζει να είναι η "αναγκαία" συνθήκη για την ανάπτυξη ευφυίας. Αν είναι και "ικανή", αυτό μένει να αποδειχτεί.

Εξέλιξη

«Είτε υπάρχει εξωγήινη νοημοσύνη, είτε όχι. Και τα δύο ενδεχόμενα πάντως είναι εξίσου τρομακτικά». Α. Κλαρκ.

Φυσικά η συνειδητότητα έχει διαβαθμίσεις (δεν πρόκειται δηλαδή για μια κατάσταση «υπάρχει / δεν υπάρχει») και προφανώς συνδέεται με τον βαθμό νοημοσύνης των ζώων. Φαίνεται όμως, ότι το μεταιχμιακό σύστημα στο κέντρο του εγκέφαλου (έδρα των συναισθημάτων και της οργάνωσης της μνήμης) είναι βασικό στοιχείο (αναγκαίο, αλλά όχι ικανό) για την ανάπτυξη νοημοσύνης στα ζώα, της οποίας όμως το μέγεθος εξαρτάται από την έκταση που έχει ο εγκεφαλικός τους φλοιός.

Βέβαια, για την ανάπτυξη της συνειδητότητας δεν αρκεί ένας εγκέφαλος με εκτεταμένο δίκτυο νευρώνων, αλλά και η κατάλληλη σωματική διαμόρφωση του οργανισμού καθώς και το κατάλληλο περιβάλλον, ώστε ο εγκέφαλος αυτός να αξιοποιήσει αλλά και να ενισχύσει τις αρχικές ικανότητές του.

Για παράδειγμα, τα δελφίνια, όρκες κλπ, όσο εξελιγμένο εγκέφαλο και να διαθέτουν δεν θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει πολιτισμό, επειδή τους λείπουν τα κατάλληλα εκφραστικά και χειριστικά μέσα για εξελίξουν ακόμα περισσότερο την αρχική συνειδητότητά τους με επικοινωνία, καταγραφή, κατασκευές κλπ, και επίσης περιορίζονται σημαντικά και από το υγρό περιβάλλον τους. 
Για τον ίδιο λόγο, οι ενδεχόμενοι εξωγήινοι πολιτισμοί δύσκολα θα έχουν αναπτυχθεί σ’ έναν πλανήτη καλυμμένο πχ τελείως από νερό, ή χωρίς να έχουν αναπτύξει ευέλικτα άκρα όπως κάποιο είδος χεριών και δακτύλων. Με αυτό το σκεπτικό, αν κάποιο θαλάσσιο ζώο θα είχε προοπτικές ανάπτυξης της νοημοσύνης του μέσα από την εμπειρία, αυτό θα ήταν το χταπόδι, επειδή έχει μία ήδη αρκετά εξελιγμένη νοημοσύνη αλλά και σωματικές δυνατότητες χειρισμού υλικών, όπως έχουν δείξει τα σχετικά πειράματα. (Έχει όμως το μειονέκτημα της πολύ σύντομης ζωής, που δεν επιτρέπει να συσσωρευτεί αρκετή εμπειρία στο ίδιο άτομο).
Τον Νοέμβριο του 2018, ο διεθνούς φήμης Έλληνας ερευνητής στην Αυστραλία Γιώργος Παξινός ανακάλυψε μια νέα περιοχή στον ανθρώπινο εγκέφαλο, κοντά στο σημείο που ενώνεται ο εγκέφαλος με τον νωτιαίο μυελό, η οποία δεν υπάρχει στα άλλα ζώα και η οποία πιστεύει ότι έδωσε στον άνθρωπο μεταξύ άλλων και τις ιδιαίτερες δεξιότητες των χεριών του.  

Γενικά η εξέλιξη συμβαίνει σταδιακά, καθώς μία μεταβολή πυροδοτείται τυχαία από μετάλλαξη σε κάποιο άτομο, και εφόσον η μετάλλαξη αυτή είναι ευνοϊκή για την επιβίωση, σταδιακά επικρατεί και εξαπλώνεται με την αναπαραγωγή.
Εδώ αξίζει να αναφερθεί μια θεωρία (A. Hardy, 1960) ότι το ανθρωποειδές που αποσχίσθηκε από τον κοινό πρόγονο με τον πίθηκο πριν από 6 περίπου εκατομμύρια χρόνια για να εξελιχθεί στον σημερινό άνθρωπο (σύμφωνα με τη θεωρία του Δαρβίνου) εξελίχθηκε κυρίως μέσα σε υδάτινο περιβάλλον και αυτό συνετέλεσε στο να διαφοροποιηθεί τόσο σημαντικά (σωματικά τουλάχιστον) από τον άλλο κλάδο που έμεινε στα δάση και εξελίχθηκε στους σημερινούς πιθήκους. 

Επιπλέον, το υδάτινο περιβάλλον και μία κατά συνέπεια τροφή με πολλά ψάρια πλούσια σε λιπαρά οξέα ω3, βοήθησε σημαντικά στην ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκέφαλου.

        Εικόνα 3α. Σύγκριση εμβρύων διαφόρων σπονδυλωτών, που υποδηλώνει την κοινή καταγωγή τους.

Ακόμα, ο άνθρωπος πέρα από την πολύ κατάλληλη διαμόρφωση του σώματός του για μετακίνηση, επιτήρηση του περιβάλλοντος και κατασκευές, έχει τον λάρυγγά του αρκετά χαμηλά στον λαιμό του (και πιο άμεσες νευρικές συνδέσεις μεταξύ του εγκέφαλου και του εγκεφαλικού στελέχους που ελέγχει τις κινήσεις του λάρυγγα, γλώσσας και χειλιών), ώστε η γλώσσα να μην εμποδίζεται στην παραγωγή πολύπλοκων ήχων, παρότι η χαμηλή θέση του λάρυγγα αποτελεί μειονέκτημα καθώς ο άνθρωπος είναι το μόνο είδος που κινδυνεύει να πνιγεί από την τροφή του.

Μάλιστα στα νεογέννητα ο λάρυγγας είναι αρχικά ψηλότερα τοποθετημένος, προφανώς για λόγους ασφαλείας, αλλά μέχρι την ηλικία των τεσσάρων περίπου ετών μετακινείται σταδιακά προς τα κάτω, δίνοντας προτεραιότητα στην ομιλία. Και όπως συμβαίνει και με άλλες περιοχές του σώματος, και εδώ φαίνεται ότι η ανάπτυξη του βρέφους αντιστοιχεί με την εξέλιξη του ανθρώπινου είδους. 

        Εικόνα 3β. Η ανάπτυξη του ανθρώπου παρουσιάζει χαρακτηριστικά "νεοτενίας" (neoteny), που σημαίνει ότι σαν ενήλικος διατηρεί σημαντική ομοιότητα με τα χαρακτηριστικά της παιδικής του ηλικίας. Παρατηρείστε στην εικόνα πόσο μοιάζει το κρανίο του βρέφους στον χιμπατζή με αυτό του ανθρώπου (αριστερά), και πόσο έχει διαφοροποιηθεί στον ενήλικο χιμπατζή, κάτι που δεν συμβαίνει τόσο έντονα στον άνθρωπο. Μία ακόμα ένδειξη κοινής καταγωγής.

Ακόμα και η διάρκεια της παιδικής ηλικίας*, πολύ μεγαλύτερη απ’ όλων των ζώων, είναι ενδεικτική της μακριάς πορείας της εξέλιξης του ανθρώπου, και ειδικότερα της ανάγκης για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα κατά το οποίο ο εγκέφαλος, παίρνοντας την ενεργειακή προτεραιότητα από το υπόλοιπο σώμα, θα δημιουργεί πολυάριθμες συνάψεις κάτω από την επίδραση του περιβάλλοντος. 

Και σήμερα έχει πλέον αποδειχθεί χάρη στη διαμάχη «φύση έναντι ανατροφής» (nature vs nurture), ότι η ανατροφή παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση των νοητικών ικανοτήτων.

*Από την άλλη πλευρά, η διάρκεια της κυοφορίας  δεν θα μπορούσε να επεκταθεί χωρίς να δημιουργηθούν σοβαρά προβλήματα κατά τη γέννηση, εξαιτίας της στενής σχετικά λεκάνης που επιβάλλει η όρθια στάση, σε συνδυασμό με το μεγάλο κρανίο του εμβρύου. Πάντως αν και μέχρι πρόσφατα θεωρείτο ότι την αύξηση των διαστάσεων της γυναικείας λεκάνης την περιόριζε η ικανότητα για όρθια βάδιση και τρέξιμο (γνωστό και σαν μαιευτικό δίλημμα), φαίνεται τελικά ότι ο περιοριστικός παράγοντας που προκαλεί την πρόωρη «έξοδο» του νεογέννητου σε σχέση με τα άλλα ζώα είναι η ραγδαία αύξηση στις ενεργειακές απαιτήσεις του, που δεν μπορούν να υποστηριχθούν από το σώμα της μητέρας (ουσιαστικά από τον πλακούντα) πέρα από τους 9 μήνες.

Ίσως λοιπόν το επόμενο εξελικτικό βήμα του ανθρώπου (μετά από μερικές εκατοντάδες γενιές) προέλθει κυρίως από τη γενίκευση της γέννησης με καισαρική τομή και δευτερευόντως από τη βελτίωση της διατροφής (αύξηση της πρόσληψης ενέργειας), επειδή το μέγεθος του ανθρώπινου εγκέφαλου περιορίζεται από το κεφάλι του και αυτό από τις διαστάσεις της γυναικείας λεκάνης και τη διαδικασία του φυσιολογικού τοκετού (παρόλο που η Φύση έλυσε μέχρις ενός σημείου το πρόβλημα αυτό με μία μοναδική για τον άνθρωπο λύση, τη χαλαρή σύνδεση των εύπλαστων οστών του κρανίου του βρέφους) . 

Και ενδεχομένως οι μελλοντικές γενιές να έχουν και λιγότερα μαλλιά, ώστε να ψύχεται καλύτερα ένας υπερδραστήριος εγκέφαλος, ενώ μέχρι τώρα η εξέλιξη ευνόησε τα μαλλιά για να προστατεύσει το σώμα από την απώλεια θερμότητας, που κατά 10% περίπου γίνεται από την επιφάνεια του κεφαλιού.

Με την ευκαιρία, η τάση για τη μείωση των απωλειών θερμότητας ευνόησε την επικράτηση πιο μεγαλόσωμων ατόμων στα ψυχρότερα κλίματα, ενώ πιο μικρόσωμων και με λεπτότερα άκρα στα θερμότερα. 

        Εικόνα 3γ. Η εξέλιξη του κεφαλιού του ανθρώπου, με την τελευταία δεξιά εικόνα να είναι εκτίμηση για το μέλλον. 

Φυσικά, αυτό δεν σημαίνει ότι το απόλυτα μεγαλύτερο κεφάλι δίνει μεγαλύτερη νοημοσύνη*, αλλά φαίνεται ότι ο λόγος μάζας εγκέφαλου / μάζα σώματος κάθε είδους (2% στον άνθρωπο), έχει αναλογική σχέση με τη νοημοσύνη και επίσης έχει σχέση με τον λόγο κατανάλωσης ενέργειας εγκέφαλου / σώματος, που στον άνθρωπο είναι ιδιαίτερα υψηλός (20-25% στους ενήλικες, ενώ στα παιδιά φτάνει μέχρι το 50%)**. Για σύγκριση, στα ενήλικα ποντίκια και στους σκύλους η ενεργειακή αναλογία είναι 5%, ενώ στους πιθήκους 10%. 

Για τον σκοπό αυτό, το 12% του αίματος που αντλεί η καρδιά κατευθύνεται προς τον εγκέφαλο. 

Με άλλα λόγια, η υψηλότερη αναλογία μάζας του εγκέφαλου σημαίνει ότι μεγαλύτερο μέρος του είναι διαθέσιμο για νοητικές λειτουργίες, πέρα από τις βασικές λειτουργίες του σώματος.

             *Χαρακτηριστικά, ενώ ο μέσος ανδρικός εγκέφαλος ζυγίζει 1325 gr, ο εγκέφαλος του Γάλλου συγγραφέα Ανατόλ Φράνς (1844-1924) ζυγίστηκε στα 1017 gr, ενώ στο  άλλο άκρο, του επίσης Ρώσου  συγγραφέα Ιβάν Τουργκένιεφ (1818-1883), στα 2021 gr.

**Στα τέλη του 2021 ανακοινώθηκε ότι η αιτία της μεγάλης κατανάλωσης ενέργειας του ανθρώπινου εγκέφαλου, είναι ότι όλες οι συνάψεις του (βλ παρακάτω) βρίσκονται συνεχώς σε κατάσταση "υψηλής ετοιμότητας" για να μεταφέρουν μηνύματα, σαν μια μηχανή ενός σταματημένου αυτοκινήτου που την κρατάμε συνεχώς σε υψηλές στροφές, για μια γρήγορη εκκίνηση οποιαδήποτε στιγμή.

Ακόμα καλύτερη εικόνα δίνει ο λόγος του αριθμού νευρώνων στον φλοιό του εγκέφαλου (σε δισεκατομμύρια) προς τη μάζα του σώματος (σε κιλά)*. Πχ στον άνθρωπο αυτός ο λόγος είναι 20/80, δηλαδή 1/4, ενώ στον ελέφαντα είναι 5/4000, δηλαδή 1/800. 

Με την ίδια λογική, ο λόγος αυτός στον σκύλο είναι 1/125, στο γουρούνι 1/350, στον γορίλα 1/27, στην όρκα 1/450 και στο δελφίνι-πιλότο 1/50, παρότι το τελευταίο έχει σχεδόν τον διπλάσιο αριθμό νευρώνων σε απόλυτο αριθμό, σε σχέση με τον άνθρωπο. Ούτε μεγαλύτερος εγκέφαλος (σε διαφορετικά είδη) σημαίνει περισσότερους νευρώνες, καθώς μπορεί να έχει λιγότερους αλλά μεγαλύτερους νευρώνες και είναι ο αριθμός που μετράει και όχι το μέγεθός τους.

Πάντως ο σκύλος και το γουρούνι (και παιδιά μικρότερα του ενάμισι έτους) δεν αναγνωρίζουν τον εαυτό τους στο καθρέφτη, αντίθετα με τα άλλα ζώα του παραδείγματος, που σημαίνει ότι τα νούμερα αυτά είναι μόνο η μισή ιστορία, με την άλλη μισή να είναι η συνδεσιμότητα μεταξύ των νευρώνων. 
Υπάρχει όμως μια "παγίδα". Σύμφωνα με ανακοίνωση Ισραηλινών επιστημόνων, φαίνεται ότι η εξέλιξη στη δυνατότητα επεξεργασίας (efficiency) του ανθρώπινου εγκέφαλου στον μετωπιαίο λοβό, έγινε σε βάρος της στιβαρότητας (robustness) στην περιοχή της αμυγδαλής, έτσι ώστε ο ανθρώπινος εγκέφαλος να είναι πιο επιρρεπής σε κατάθλιψη και διαταραχές μετατραυματικού στρες, από ότι ο εγκέφαλος ακόμα και των πιο εξελιγμένων ζώων.

Από λίγο διαφορετική σκοπιά βλέπει τα πράγματα ο Βρετανός ανθρωπολόγος R. Dunbar, ο οποίος συσχετίζει το μέγεθος του νεοφλοιού του εγκέφαλου ενός είδους με τον αριθμό των μελών του άμεσου κοινωνικού περιβάλλοντός του (ομάδας). Η μέγιστη τιμή συναντάται στον άνθρωπο, με 150 μέλη.

*Ένας άλλος δείκτης, ο encephalization quotient (EQ) αναφέρεται στα θηλαστικά και προκύπτει από πιο πολύπλοκο υπολογισμό, που ουσιαστικά συσχετίζει το μέγεθος του εγκέφαλου με την επιφάνεια του σώματος, υπονοώντας έτσι ότι η βασική λειτουργία του εγκέφαλου είναι η επεξεργασία των ερεθισμάτων και η κινητοποίηση των μυών. Οπότε όταν ένας εγκέφαλος είναι μεγαλύτερος απ’ όσο χρειάζεται για την «εξυπηρέτηση» του σώματος, η διαφορά αξιοποιείται για την ανάπτυξη διανοητικών ικανοτήτων.

Εικόνα 4. Ο άνθρωπος ξεχωρίζει για τον μεγάλο του δείκτη εγκεφαλοποίησης, σε σχέση με τα άλλα ζώα. Προσέξτε τον "εξωγήινο" δεξιά, που υποτίθεται ότι θα πρέπει να ξεχωρίζει ακόμα περισσότερο! Ο κατακόρυφος άξονας δείχνει τον χρόνο ολοκλήρωσης των οστών του κρανίου.

Εξελικτικά, η αύξηση της κρανιακής κοιλότητας για την αύξηση του μεγέθους του εγκέφαλου στον σύγχρονο άνθρωπο ίσως μπόρεσε να γίνει όταν μειώθηκε η ανάγκη να χρησιμοποιεί το στόμα του (τη δαγκωνιά) σαν επιθετικό ή αμυντικό όπλο, αλλά και να μασάει σκληρή αμαγείρευτη τροφή. 

Έτσι, η μείωση του μεγέθους των δοντιών (ειδικά των κυνοδόντων), και των διαστάσεων των σιαγόνων και των μασητικών μυών, καθώς τον ρόλο των όπλων πήραν τα χέρια και τα εργαλεία, έδωσε περισσότερο χώρο στο κρανίο (και φυσικά στον εγκέφαλο) να αναπτυχθεί, χωρίς να μεγαλώσει και να βαρύνει όλο το κεφάλι (εικόνα κάτω) κάτι που θα δημιουργούσε προβλήματα κατά τη γέννηση όπως προαναφέρθηκε, αλλά επίσης θα μείωνε και την ευκινησία του σώματος (τα πιο ευκίνητα ζώα έχουν σχετικά μικρό κεφάλι, όπως πχ τα τσίταχ). 

Η στροφή προς τις μαγειρεμένες τροφές είχε και μια άλλη συνέπεια. Η κάτω σιαγόνα κóντυνε λίγο παραπάνω από την επάνω, επιτρέποντας στα εμπρός δόντια της τελευταίας να προβάλουν εμπρός από τα αντίστοιχα της κάτω. Έτσι τα δόντια της επάνω μπορούσαν να τοποθετηθούν χωρίς προσπάθεια επάνω από το κάτω χείλος και να δημιουργήσουν νέους φθόγγους, όπως το φ ή το θ, κάτι που βελτίωσε την επικοινωνία των πρωτóγονων ανθρώπων.

        Εικόνα 4α. Το 2022 επιστήμονες δημιούργησαν από βλαστοκύτταρα, οργανοειδή τμήματα ανθρώπινου εγκέφαλου (εγκεφαλικές δομές που αναπτύσσονται μέχρι 5-6 εκ σε διάμετρο) οι οποίες δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας "παλαιότερες εκδόσεις" του γονιδίου TKTL1, που επηρεάζει την παραγωγή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης από τις 100 περίπου που διαφοροποιούνται μεταξύ ανθρώπου και Νεάντερταλ. Διαπίστωσαν ότι η "έκδοση Νεάντερταλ" του γονιδίου, που ελάχιστα διαφέρει σε σύγκριση με αυτή του σύγχρονου ανθρώπου, προκαλούσε πιο αργή ωρίμανση και μειωμένη συνδεσιμότητα των νευρώνων κυρίως του μετωπιαίου λοβού, καθώς και τάση για δημιουργία δομών που σήμερα συσχετίζονται με διάφορες εγκεφαλικές δυσλειτουργίες. 

Άλλες αλλαγές στο σώμα συνδέονται με την ανάπτυξη της γεωργίας και της κτηνοτροφίας, καθώς μειώθηκε η ανάγκη για τα "ξεσπάσματα" ενέργειας των κυνηγών, ενώ ευνοήθηκε η διάρκεια στη χρήση της ενέργειας και η αντοχή που χρειάζονταν οι καλλιεργητές, κάτι για παράδειγμα που έκανε τις καρδιές των σύγχρονων ανθρώπων πιο μακρόστενες και με λεπτότερα τοιχώματα.

Μοιάζει λοιπόν σαν ασυνέπεια ότι ο άνθρωπος του Νεάντερταλ, με ίδιο περίπου σωματικό βάρος με τον σύγχρονο άνθρωπο, είχε 150 – 200 ml μεγαλύτερο εγκέφαλο απ’ αυτόν, διέθετε όμως μικρότερο όγκο στην κρίσιμη για την ευφυΐα μετωπική περιοχή (βλ εικόνα 4α).

Στις αρχές του 2021, Ισραηλινοί ερευνητές πρότειναν ότι η ραγδαία αύξηση του όγκου του ανθρώπινου εγκέφαλου ξεκίνησε όταν η εξαφάνιση εξαιτίας της υπερθήρευσης (και του αργού ρυθμού αναπαραγωγής) των μεγάλων και σχετικά αργοκίνητων ζώων ανάγκασε τους ανθρώπους να στραφούν στο δυσκολότερο και απαιτητικότερο σε ευφυία κυνήγι μικρότερων και πιο ευκίνητων ζώων, και να αναπτύξουν νέες τεχνικές και όπλα, όπως για παράδειγμα το τόξο (μία προσαρμογή στην οποία οι Νεάντερταλ προφανώς απέτυχαν). Και ότι αυτή η ανάπτυξη του εγκέφαλου ουσιαστικά σταμάτησε όταν αναπτύχθηκε η γεωργία και η κτηνοτροφία.

Εικόνα 5. Σύγκριση κρανίων και του χώρου που καταλαμβάνει ο εγκέφαλος.

Μια ακόμα άποψη για την αύξηση του μεγέθους του ανθρώπινου εγκέφαλου είναι ότι η αρχική ευφυΐα του έδωσε τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τη φωτιά* για την προετοιμασία των γευμάτων του, ώστε να αξιοποιήσει πεπτικά πολύ καλύτερα το ενεργειακό περιεχόμενο των τροφών, ειδικά των πρωτεϊνών (και επιπλέον να εξουδετερώσει επικίνδυνα μικρόβια), γεγονός που του επέτρεψε να υποστηρίξει έναν ενεργειακά πιο απαιτητικό εγκέφαλο, χωρίς να χρειάζεται να δαπανά όλον τον χρόνο του για τον σκοπό αυτό, δηλαδή της διατροφής. Ταυτόχρονα, το μαγείρεμα της τροφής είχε  την αντίθετη επίδραση στο πεπτικό σύστημα, καθώς οδήγησε σε μείωση του μεγέθους του.
Εδώ να σημειωθεί ότι το έντερο έχει πολύ αναπτυγμένο και εκτεταμένο νευρικό δίκτυο και γι’ αυτό συχνά αποκαλείται «δεύτερος εγκέφαλος». Πρόσφατα έχει βρεθεί ότι το βακτηριδίωμα (το σύνολο των διαφορετικών ειδών βακτηριδίων) του εντέρου, επηρεάζει και την ψυχική υγεία του ατόμου.

    *Προφανώς δοκιμάζοντας αρχικά κρέας από ζώα που είχαν καεί σε φυσικές πυρκαγιές.

Ακόμα, η ανάγκη για κρέας (κυνήγι) αλλά και η καλλιέργεια της γης ώθησε τους ανθρώπους να συνεργαστούν και δημιούργησε έτσι την ικανότητα της εξελιγμένης επικοινωνίας (λόγο). 

Έχει μάλιστα παρατηρηθεί ότι οι ευφυέστεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν αναλογικά λιγότερη ενέργεια για την εκτέλεση των ίδιων νοητικών λειτουργιών, σε σχέση με τους λιγότερο ευφυείς. 

Εδώ αξίζει να αναφερθούν τα αποτελέσματα μιας έρευνας του ΜΙΤ που ανακοινώθηκαν στα τέλη του 2021, σύμφωνα με την οποία οι πυραμιδοειδείς νευρώνες (κύριο συστατικού του φλοιού του εγκέφαλου) του ανθρώπου, έχουν αναλογικά λιγότερα ιοντικά κανάλια καλίου και νατρίου (που είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία των ηλεκτρικών παλμών στους νευρώνες) απ' ότι στα ζώα, κάτι που εκτιμάται ότι εξοικονομεί ενέργεια για τη δημιουργία περισσότερων συνάψεων ή συχνότερων ηλεκτρικών παλμών.

Μετά από τα παραπάνω, φαίνεται ότι η εξέλιξη του ανθρώπου στο μέλλον δεν θα γίνεται πλέον μέσα από τη φυσική επιλογή με σκοπό την επιβιωσιμότητα, καθώς το θέμα αυτό αντιμετωπίζεται πλέον από την πολιτισμική εξέλιξη, αλλά με τη γενετική προεπιλογή επιθυμητών χαρακτηριστικών και αποκλεισμό αντίστοιχα των ανεπιθύμητων, με στόχο την καλή υγεία, την αντοχή και την ευφυΐα.

Είναι πάντως εντυπωσιακό ότι σε διάστημα περίπου 200.000 ετών, ο άνθρωπος από ένα πλάσμα που το απασχολούσε μόνο η επιβίωσή του στις σαβάνες της Αφρικής, έφθασε στο σημερινό επίπεδο πολύπλοκων συλλογισμών.

        Εικόνα 6. Εξέλιξη του όγκου του εγκέφαλου των προγόνων μας, στη διάρκεια εκατομμυρίων ετών. Η ραγδαία αύξηση του όγκου του ανθρώπινου εγκέφαλου ξεκίνησε πριν 2 εκατομμύρια χρόνια, ενώ ήδη πριν 500.000 χρόνια ο όγκος του εγκέφαλου είχε σχεδόν τριπλασιαστεί. Επιπλέον, πριν από 50.000 χρόνια συνέβη μια σημαντική εξέλιξη στη συμπεριφορά του ανθρώπου, που διαπιστώνεται από την εύρεση πιο σύνθετων εργαλείων από την εποχή εκείνη. Όμως σχετικά πρόσφατα υπάρχει μια μικρή μείωση στον όγκο του εγκέφαλου, όπως δείχνει το βέλος us!

Ο εφευρέτης και συγγραφέας βιβλίων για την Τεχνητή Νοημοσύνη Ray Kurzweil αντίθετα, πιστεύει ότι τα περιθώρια ανάπτυξης της ανθρώπινης ευφυΐας δεν βρίσκονται  στην αύξηση του όγκου του εγκέφαλου, αλλά στη δημιουργία ενός «υβριδικού» εγκέφαλου ο οποίος θα επεκτείνει τις γνωστικές του δυνατότητες με άμεση σύνδεση στο πληροφοριακό "νέφος" (cloud) και αργότερα και σε εξελιγμένα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης.

Με την ευκαιρία, ένα ανατομικό παράδοξο στο οποίο δεν έχει ακόμα δοθεί ικανοποιητική απάντηση, είναι η χιαστί (ετερόπλευρη - contralateral) σύνδεση των ημισφαιρίων του εγκέφαλου με τις δύο πλευρές του σώματος, σε ποσοστό περίπου 90%. Το αποτέλεσμα είναι το δεξί ημισφαίριο του εγκέφαλου να ελέγχει την αριστερή πλευρά του σώματος, και το αριστερό ημισφαίριο τη δεξιά. 

Η διάταξη αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι οι ομάδες των νεύρων που κατεβαίνουν από τον εγκέφαλο μέσα από τον νωτιαίο μυελό και κατανέμονται στις διάφορες περιοχές του σώματος, διασταυρώνονται στο κάτω μέρος του εγκεφαλικού στελέχους (προμήκης μυελός – medulla oblongata). Παρότι αυτό είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό, η σκοπιμότητα αυτής της διάταξης μας διαφεύγει. Μάλιστα η ίδια αυτή διάταξη υπάρχει σε όλα τα θηλαστικά.

        Εικόνα 7. Η διαδρομή των οπτικών νεύρων από τα μάτια στον εγκέφαλο, όπου φαίνεται πώς το δεξιό οπτικό πεδίο απεικονίζεται στο αριστερό ημισφαίριο του εγκέφαλου, και αντιστρόφως.

Κάποιες θεωρίες έχουν προταθεί, όπως ότι έτσι εξασφαλίζεται ότι η πλευρά του εγκέφαλου από την αντίθετη πλευρά μιας απειλής που κινδυνεύει λιγότερο να τραυματιστεί, θα μπορέσει να κινητοποιήσει αποτελεσματικά την πλευρά του σώματος που δέχεται την απειλή. Μία άλλη θεωρία είναι ότι το κεφάλι σε κάποιο αρχέγονο προγονικό πλάσμα υπέστη διπλή περιστροφή κατά το ¼ κάθε φορά προς την ίδια κατεύθυνση, με αποτέλεσμα να στραφεί τελικά προς τα πίσω και έτσι να διασταυρωθούν τα νεύρα.

Κατά την άποψη του γράφοντος όμως όλα ξεκίνησαν με την ανάπτυξη της όρασης* ενός προγονικού πλάσματος, η οποία είναι και η πιο κρίσιμη αίσθηση (μετά την όσφρηση) για την επιβίωση των ζώων. Καθώς μέσα και από τα δύο μάτια το δεξί ημισφαίριο του εγκέφαλου βλέπει προς τα αριστερά και το αριστερό προς τα δεξιά, εξαιτίας της θέσης των ματιών στο εμπρός τμήμα του κεφαλιού** και  της οπτικής του ματιού, για γρήγορη αντίδραση του οργανισμού σε ενδεχόμενη απειλή θα πρέπει η κάθε πλευρά του σώματος να ελέγχεται από το ίδιο ημισφαίριο που δέχθηκε το οπτικό ερέθισμα, ειδικά για τις κινήσεις που πρέπει να υποστούν πρώτα νοητική (συνειδητή) επεξεργασία. 

Δηλαδή αφού το δεξί ημισφαίριο βλέπει προς τ’ αριστερά, τότε και η αριστερή πλευρά του σώματος θα πρέπει να ελέγχεται από το ίδιο, δηλαδή το δεξί ημισφαίριο, ενώ το αντίθετο ισχύει για το αριστερό ημισφαίριο. Σήμερα η διαφορά στον χρόνο αντίδρασης μπορεί να είναι ασήμαντη καθώς τα δύο ημισφαίρια συνδέονται άμεσα, αλλά στον προγονικό οργανισμό ενδέχεται η διαφορά αυτή να ήταν σημαντική. 

Μία άλλη (πιο απλή) εξήγηση θα ήταν, ότι οι νευρικές συνδέσεις μεταξύ ματιών και εγκέφαλου έγιναν σε μία αρχέγονη φάση που τα φωτοευαίσθητα κύτταρα βρίσκονταν σε μια λίγο-πολύ επίπεδη επιφάνεια (κάτω, πρώτη εικόνα αριστερά), πριν δηλαδή το μάτι αρχίσει να λειτουργεί σαν "camera obscura", οπότε δεν θα υπήρχε διασταύρωση του οπτικού πεδίου.

Μάλιστα με τα μάτια συμβαίνει και κάτι άλλο περίεργο. Τα φωτοευαίσθητα στοιχεία του (κωνία και ραβδία) μοιάζουν τοποθετημένα ανάποδα σε σχέση με ότι θα περίμενε κάποιος. Δηλαδή έχουν τη διάταξη στα δεξιά στην εικόνα κάτω για όλα τα σπονδυλωτά, και όχι τη (φαινομενικά) πιο λογική στα αριστερά στην εικόνα που ανήκει στα ασπόνδυλα (το βέλος δείχνει τη κατεύθυνση του φωτός). Έχουν προταθεί διάφορες εξηγήσεις, με την πιο πειστική να έχει να κάνει με τη αποφυγή του υπερκορεσμού των φωτοευαίσθητων στοιχείων σε συνθήκες έντονου φωτισμού.

Για να επανέλθουμε στη χιαστί σύνδεση, το ίδιο ισχύει σε μεγάλο βαθμό και με την ακοή που είναι επίσης κατευθυντική και σημαντική για την επιβίωση, επειδή τα οπτικά και ηχητικά ερεθίσματα που μεταδίδονται πρακτικά ακαριαία πρέπει να συγχρονίζονται απόλυτα, για την ταχύτερη και καλύτερη κατανόηση των κινδύνων του περιβάλλοντος. Η τελική όμως κατανόηση των οπτικών ερεθισμάτων (εκτός των γραπτών κειμένων) γίνεται κυρίως στο δεξιό ημισφαίριο του εγκέφαλου, ενώ των ηχητικών ερεθισμάτων (και ότι έχει σχέση με τον λόγο, όπως των γραπτών κειμένων), κυρίως στο αριστερό ημισφαίριο (κέντρα Broca και Wernicke). Για τον ίδιο λόγο η κατανόηση της ομιλίας γίνεται καλύτερα από το δεξί αυτί (πχ όταν χρησιμοποιούμε ακουστικό).

*Το σύστημα της όρασης θεωρείται ουσιαστικά προέκταση του εγκέφαλου.

**Αυτό δεν ισχύει με τον ίδιο τρόπο για τα ζώα που έχουν τα μάτια στα πλάγια του κεφαλιού όπως τα χορτοφάγα και τα μη αρπακτικά πουλιά, όπου ολόκληρο το οπτικό πεδίο του κάθε ματιού μεταφέρεται στην αντίθετη πλευρά του εγκέφαλου.

Αντίθετα, η όσφρηση από το κάθε ρουθούνι αντιστοιχεί στη «σωστή» πλευρά του εγκέφαλου καθώς τα δύο ρουθούνια είναι πολύ κοντά μεταξύ τους για να διακρίνουν την κατεύθυνση της οσμής, η οποία ούτως ή άλλως διασκορπίζεται στον αέρα και ακολουθεί γενικά την κατεύθυνση και ταχύτητα του ανέμου, οπότε προσδιορίζουμε την κατεύθυνσή της απλά στρέφοντας το κεφάλι. Υπάρχει όμως ένας κύκλος εναλλαγής της χρήσης των δύο ρουθουνιών από τα οποία το ένα κάθε φορά περνά ευκολότερα τον αέρα, κάτι που φαίνεται να βοηθάει στην καλύτερη ανίχνευση των οσμών ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους στον αέρα*. Επίσης, η όσφρηση είναι η αίσθηση που συνδέεται πιο στενά απ’ όλες τις άλλες με τη μνήμη, και ιδιαίτερα με μνήμες που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένους χώρους ή περιβάλλοντα, εξαιτίας της αμεσότητας της σύνδεσης των οσφρητικών αισθητηρίων με τα αντίστοιχα κέντρα του εγκέφαλου, ενώ η σπουδαιότητά της αυξάνεται σε σχέση με τις άλλες αισθήσεις, όσο πιο απλός είναι ο οργανισμός (βλ. Σημείωση 1, στο τέλος του κειμένου). 

Η λειτουργία του οσφρητικού συστήματος μάλιστα καθώς συνδέεται με το αρχαιότερο τμήμα του εγκέφαλου, είναι συχνά ενδεικτική της γενικής κατάστασης του εγκέφαλου.

Ενώ μiα ενδιάμεση κατάσταση είναι η γεύση, που έχει συνδέσεις και προς τις δύο πλευρές του εγκέφαλου.

*Άλλες απόψεις (Ιούνιος 2020) υποστηρίζουν η διεύθυνση της οσμής μπορεί τελικά να γίνει αντιληπτή, αλλά υποσυνείδητα και ανάλογα με την ποσοστιαία διαφορά (και όχι την απόλυτη διαφορά) του ερεθισμού των οσφρητικών βολβών που αντιστοιχούν στα δύο ρουθούνια.

Το ίδιο όμως (όχι χιαστί σύνδεση - ipsilateral) συμβαίνει και με την παρεγκεφαλίδα, που ελέγχει τις αυτόματες κινήσεις βαδίσματος και ισορροπίας, επειδή προφανώς οι κινήσεις αυτές πρέπει να ελέγχονται με συνεχείς και ταχύτατες διορθωτικές κινήσεις (αρνητική ανάδραση). 

Το ίδιο επίσης ισχύει (δηλαδή όχι χιαστί σύνδεση) και για τις reflex κινήσεις που εντέλλονται στο επίπεδο του νωτιαίου μυελού (χαμηλότερα δηλαδή από τη χιαστί σύνδεση που γίνεται στο επάνω μέρος του) και που δεν ανεβαίνουν προς τον εγκέφαλο παρά μόνο «κατόπιν εορτής» απλά για να τον ενημερώσουν, όπως όταν τραβάμε ταχύτατα και ενστικτωδώς το χέρι μας από τη φωτιά. 

Μια άλλη άποψη είναι ότι η διαφορετική όδευση των νεύρων που προαναφέρθηκε (χιαστί ή όχι χιαστί) που σε πολλές περιπτώσεις αφορούν την ίδια περιοχή του σώματος, δίνει κάποιο βαθμό ελέγχου στην περιοχή αυτή σε περίπτωση βλάβης της μιας πλευράς του νωτιαίου μυελού.

Θα είχε πάντως ενδιαφέρον να ελεγχθεί το πότε και πώς η χιαστί σύνδεση διαμορφώνεται κατά την ανάπτυξη των εμβρύων*, καθώς όπως προαναφέρθηκε η ανάπτυξή τους αντιστοιχεί συχνά με την εξέλιξη των ζώων. Και γενικότερα, η εξαιρετική ομοιότητα των εμβρύων τελείως διαφορετικών ειδών συμπεριλαμβανομένου και του ανθρώπινου μεταξύ τους στα πρώτα στάδια της ανάπτυξής τους, συνηγορεί υπέρ της αρχικής κοινής καταγωγής τους, (Βλέπε και εικόνα 3α). 

*(ίσως κατά τη δημιουργία του νευρικού σωλήνα με αναδίπλωση της νευρικής πλάκας, κατά την τρίτη εβδομάδα της κύησης για τον άνθρωπο)

Μια άλλη ιδιαιτερότητα του εγκέφαλου και γενικότερα των κυττάρων του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος είναι ότι δεν «αυτοεπισκευάζονται»  σε σημαντική τουλάχιστον κλίμακα μετά από ένα ατύχημα ή βλάβη, σε αντίθεση με τα περισσότερα άλλα κύτταρα του σώματος (αλλά και των νευρικών κυττάρων του Περιφερειακού Νευρικού Συστήματος), παρόλο που σε μικρό ποσοστό συμβαίνει πράγματι αυτό-επισκευή στον εγκέφαλο, και παράγονται  νέοι νευρώνες*. 

Ο εγκέφαλος πάντως αντισταθμίζει κατά ένα μέρος αυτό το μειονέκτημα με την πλαστικότητά του, δηλαδή την ικανότητα ανάληψης μιας λειτουργίας από μία άλλη γειτονική και διαθέσιμη περιοχή του. Είναι μάλιστα εκπληκτικό, ότι άνθρωποι που σε μικρή ηλικία τους αφαιρέθηκε πλήρως ο ένας λοβός του εγκέφαλου τους για αντιμετώπιση επιληψίας, σαν ενήλικες δεν υστερούσαν λειτουργικά σχεδόν καθόλου σε σχέση με τους υγιείς συνανθρώπους τους.
Ο νευροεπιστήμονας S. Seung, έδωσε μια πολύ παραστατική εικόνα σε μια ομιλία του στο TED, παρομοιάζοντας τις νευρικές συνδέσεις με χείμαρρο, που όσο περισσότερο νερό κατεβάζει τόσο περισσότερο βαθαίνει και οριστικοποιείται η κοίτη του, με αποτέλεσμα στη συνέχεια το νερό να κυλάει ευκολότερα. Στα μέσα του 2019 όμως, ανακοινώθηκε ότι η ενίσχυση της μνήμη γίνεται με την ανάπτυξη παράλληλων συνδέσεων μάλλον, παρά με την ενίσχυση των υπαρχουσών. 
Ακόμα μία ιδιαιτερότητα του εγκέφαλου είναι ότι δεν διαθέτει λεμφικό σύστημα για την απομάκρυνση των προϊόντων του μεταβολισμού των κυττάρων, όπως το υπόλοιπο σώμα. Έχει βρεθεί όμως (μόλις το 2012!) ότι τον ρόλο αυτό τον εκτελεί περιοδικά το εγκεφαλονωτιαίο υγρό, με οδηγό τα αιμοφόρα αγγεία (ρέοντας από την εξωτερική πλευρά τους και ανάμεσα στα διάκενα που αφήνουν τα αγγεία με τα κύτταρα του εγκέφαλου και του νωτιαίου μυελού), και αυτό συμβαίνει σχεδόν αποκλειστικά κατά τη διάρκεια του βαθέως ύπνου χωρίς όνειρα (non REM).

*Πρόσφατες παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι η νευρογένεση στον εγκέφαλο εξακολουθεί να συμβαίνει με ρυθμό 700 περίπου νευρώνων την ημέρα σε όλες τις ηλικίες (αν και κάποιοι το αμφισβητούν για τους ενήλικες), αλλά για την αξιοποίησή τους οι νέοι νευρώνες θα πρέπει να μετακινηθούν στην περιοχή που τους χρειάζεται και να «εκπαιδευτούν» στο νέο τους ρόλο με τα κατάλληλα ερεθίσματα, αλλιώς καταστρέφονται. Επιτυχημένη ένταξη νέων νευρώνων έχει μέχρι σήμερα παρατηρηθεί μόνον στον ιππόκαμπο και τον οσφρητικό βολβό. Παράλληλα όμως δεκαπλάσιοι από τους ήδη υπάρχοντες νευρώνες καταστρέφονται ούτως ή άλλως (απόπτωση), ειδικά από την ηλικία των 20 – 25 ετών και μετά. Αλλά σε αντιστάθμισμα ενισχύονται οι συνδέσεις των νευρώνων που παραμένουν και χρησιμοποιούνται αρκετά συχνά. Μάλιστα πρόσφατες έρευνες αποδίδουν τη σχιζοφρένεια σε ελαττωματικά γονίδια που δε επιτρέπουν κατά την εμβρυϊκή περίοδο την ανάπτυξη από βλαστοκύτταρα (stem cells) όλων των απαιτούμενων νέων νευρώνων, ούτε τη μετακίνησή τους στις σωστές θέσεις στον εγκέφαλο. Έρευνες το 2019, διαπίστωσαν ότι νευρογένεση στον εγκέφαλο συμβαίνει ακόμα και κατά τη 9^η δεκαετία της ζωής του ανθρώπου!

Συνειδητότητα

«Ό,τι δεν μπορώ να κατασκευάσω, δεν μπορώ να το κατανοήσω» Ρ. Φέινμαν.

«Πουθενά στο πεδίο της επιστήμης τόσοι πολλοί δεν αφιέρωσαν τόσα πολλά για να καταλήξουν ότι συμφωνούν σε τόσα λίγα» Μ. Kaku, για τη συνειδητότητα.

Η προσπάθεια να εντοπιστεί το κέντρο της συνειδητότητας έχει ξεκινήσει ουσιαστικά από τον 17^ο αιώνα, με τον Καρτέσιο (γνωστός και για το «σκέπτομαι άρα υπάρχω») να εκτιμά ότι βρίσκεται στην επίφυση (pineal gland). Πολύ πιο πρόσφατα (τέλος 20^ου αιώνα) μία κατηγορία λίγων αναλογικά ατρακτοειδών νευρώνων, γνωστών ήδη από τις αρχές του 20^ου αιώνα (νευρώνες von Economo) που βρίσκονται σε δύο συγκεκριμένες περιοχές του εγκέφαλου του ανθρώπου, αλλά σε μικρότερους αριθμούς και στους εγκέφαλους των πιο έξυπνων ζώων, κίνησαν το ενδιαφέρον ως προς το θέμα της συνειδητότητας.  Έρευνες όμως έδειξαν ότι συνδέονται περισσότερο με την κοινωνική συνείδηση και συμπεριφορά, όπως εξάλλου και μία άλλη ομάδα νευρώνων, οι κατοπτρικοί νευρώνες. 

Αυτή η διαφαινόμενη αργή εξέλιξη της νευροεπιστήμης στα τέλη του 19^ου αιώνα ήταν πιθανότατα και η αιτία που ο Σ. Φρόυντ την εγκατέλειψε υπέρ της ψυχιατρικής. 

Φαίνεται πάντως ότι η συνειδητότητα υπακούει σε φυσικούς νόμους, και συγκεκριμένα ηλεκτρικούς και βιοχημικούς.

-Ηλεκτρικούς, όσον αφορά στη μετάδοση και επεξεργασία των τρεχόντων νευρικών παλμών, δηλαδή την άθροιση ή αφαίρεσή τους (όπως στις ενισχυτικές ή ανασταλτικές συνάψεις αντίστοιχα), καθώς και στη σύγκριση, ενίσχυση ή καταστολή τους, θέτοντας ουσιαστικά τις προϋποθέσεις για την επεξεργασία των παλμών, σύμφωνα με τις αρχές της άλγεβρας του Boole (στις ίδιες αρχές βασίζεται και η λειτουργία των σημερινών ηλεκτρονικών υπολογιστών).

-Βιοχημικούς, όσον αφορά στην αποθήκευση προτύπων, εικόνων και μνημών, με τη δημιουργία ή την αλλαγή μοριακών δομών στους νευρώνες ή την ενίσχυση συγκεκριμένων συνάψεων μεταξύ των νευρώνων σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου. Μάλιστα, ακόμα και για τα συναισθήματα, οι διεργασίες στο στοιχειώδες (μοριακό) επίπεδο πρέπει να βασίζονται στη λογική της άλγεβρας Boole.

        Εικόνες 8 και 8α. Αντιστοίχιση των βασικών λογικών λειτουργιών «και» και «ή» της άλγεβρας Boole, με απλά ηλεκτρικά κυκλώματα (επάνω). Οι είσοδοι αντιστοιχούν στα σήματα που προσλαμβάνονται από τους  δενδρίτες ενός νευρώνα, ενώ η έξοδος αντιστοιχεί σε ηλεκτρικές ωθήσεις που μεταφέρονται μέσα από συνάψεις του άξονά του στους δενδρίτες των άλλων νευρώνων στην περιοχή του (κάτω). Φαίνεται επίσης, ότι όσο πιο πολλά ερεθίσματα έρχονται συνεχόμενα σε μία μικρή περιοχή δενδριτών, τόσο περισσότερο το κύτταρο ενισχύει το αντίστοιχο σήμα εξόδου του. 

        Εικόνα 8β. Μοντέλο δραστηριότητας τμήματος του οπτικού φλοιού πίθηκου, όπου οι περιοχές διαχωρίζονται σε υψηλής δραστηριότητας "1" (κίτρινα/πορτοκαλί pixel) και σε χαμηλής δραστηριότητας "0" (μπλε pixel). Το κόκκινο πλαίσιο υποδεικνύει περιοχή που αντιστοιχεί σε εστίαση της προσοχής. Από το neurosciencenews.com

Δηλαδή, η γενικότερη επεξεργασία των παλμών αυτών θα πρέπει να συμβαίνει στους νευρώνες και στις συνάψεις τους, που παίζουν τον ρόλο των λογικών πυλών της άλγεβρας Boole, οι οποίοι δέχονται και προωθούν σήματα ανάλογα με τις εκάστοτε «λογικές» κατά Boole συνθήκες που επικρατούν τοπικά, που με τη σειρά τους έχουν προκληθεί από τη διάχυση ή όχι συγκεκριμένων χημικών ουσιών (νευροδιαβιβαστών) στις συνάψεις. Επιπλέον, φαίνεται ότι οι σχέσεις αυτές εισόδων – εξόδων δεν είναι πάντοτε σταθερές, αλλά μεταβάλλονται ανάλογα με την κατάσταση λειτουργίας του εγκέφαλου.

Σύμφωνα με μία άλλη άποψη, η επεξεργασία των πληροφοριών από τον εγκέφαλο είναι πιο "αναλογική" και είναι αποτέλεσμα πολλαπλών συμβολών κυμάτων ηλεκτρικής δραστηριότητας που ταξιδεύουν στο νευρωνικό δίκτυο, και ανάλογα με την περιοχή συμβάλλουν άλλοτε με ενίσχυση και άλλοτε με εξασθένιση του τοπικού ηλεκτρικού πεδίου.

Πάντως, δεν πρέπει να θεωρούμε τον εγκέφαλο σαν έναν (έστω υπερβολικά) εξελιγμένο υπολογιστή, με την έννοια ότι οι ίδιες ακριβώς εισαγόμενες πληροφορίες (inputs) και υπό τις ίδιες συνθήκες δεν θα παράγουν στον ίδιο εγκέφαλο τα ίδια πάντοτε αποτελέσματα, σε αντίθεση με τον υπολογιστή. Ο λόγος είναι ότι καθώς τα νευρωνικά δίκτυα του εγκέφαλου αποτελούνται από ζωντανά (άρα μεταβαλλόμενα) κύτταρα, δεν εμφανίζουν την αυστηρότητα της σχέσης αιτίας – αποτελέσματος μιας μηχανής. Έτσι, ενώ η καταστροφή ενός μικροσκοπικού τρανζίστορ* στην μονάδα επεξεργασίας ενός υπολογιστή πρακτικά θα τον αχρηστεύσει, η καταστροφή ακόμα και ενός ικανού αριθμού νευρώνων στον εγκέφαλο θα περάσει μάλλον απαρατήρητη. 

Μια ακόμα σημαντική διαφορά είναι ότι ο εγκέφαλος των θηλαστικών και ειδικά του ανθρώπου κινητοποιείται ουσιαστικά από τα συναισθήματα, κάτι που θεωρείται απαραίτητη προϋπόθεση για την ανάπτυξη συνειδητότητας.

         *Στις αρχές του 2019, ανακοινώθηκε από το πανεπιστήμιο του Λινσέπινγκ της Σουηδίας ότι κατασκευάστηκε ένα νέο είδος τρανζίστορ με ικανότητα μάθησης, καθώς μπορεί να τροποποιήσει την έξοδό του όχι μόνο σε συνάρτηση της εισόδου του αλλά και της «προϊστορίας» λειτουργίας του. Με αυτό τον τρόπο αποκτά ένα είδος «προσαρμόσιμης  μνήμης» που μπορεί δηλαδή να τροποποιηθεί, ενισχυθεί ή ελαττωθεί, κάτι που μιμείται μια στοιχειώδη σύνδεση (σύναψη) εγκεφαλικών νευρώνων. Εξίσου ενδιαφέρον είναι ότι η λειτουργία ενός τέτοιου τρανζίστορ όχι μόνο μιμείται τις συνδέσεις του εγκέφαλου, αλλά υποκαθιστώντας τη λειτουργία χιλιάδων κλασικών τρανζίστορ σε μελλοντικές χρήσεις Τεχνητής Νοημοσύνης, θα χρησιμοποιεί και πολύ μικρότερη ενέργεια για τη λειτουργία του, αντίστοιχη αυτής μιας σύνδεσης νευρώνων. 

Εδώ θα πρέπει να γίνει υπενθύμιση του διαχωρισμού της έννοιας της συνειδητότητας (consciousness) σαν «εγρήγορση» (wakefulness) που η έλλειψή της συμβαίνει σ’ όλα τα ζώα κατά τη διάρκεια του ύπνου και κάτω από την επίδραση φαρμακευτικών ουσιών (και ρυθμίζεται από περιοχές του εγκεφαλικού στελέχους), και τη συνειδητότητα σαν επίγνωση της ύπαρξης του «εαυτού» (αυτοεπίγνωση – self awareness), και του μέλλοντος*, κάτι που επιβεβαιωμένα υπάρχει μόνο στον άνθρωπο. Στο κείμενο αυτό, η συνειδητότητα χρησιμοποιείται με τη δεύτερη έννοια.

        *Ο άνθρωπος έχει συναίσθηση του παρελθόντος του παρόντος και του μέλλοντος, ενώ τα ζώα μόνο του παρόντος, και από παρελθόν γνωρίζουν ενστικτωδώς μόνον ότι χρειάζεται για την επιβίωσή τους.

Για παράδειγμα, η αναλγησία και η αναισθησία προκαλούνται από τη μείωση ή διακοπή της μετάδοσης των ηλεκτρικών παλμών, είτε εξαιτίας παραμόρφωσης (πάχυνσης) της εξωτερικής κυτταρικής μεμβράνης του άξονα των νευρώνων, είτε εξαιτίας μπλοκαρίσματος της μεταφοράς των μορίων των νευροδιαβιβαστών στις συνάψεις μεταξύ των νευρώνων.  Έτσι μπορούμε σήμερα να διαπιστώσουμε τον βαθμό εγρήγορσης ενός εγκέφαλου και από την ταχύτητα με την οποία ένας ερεθισμός σε μία περιοχή του διατρέχει και εμπλέκει σε βάθος όλον τον εγκέφαλο. Ένα είδος πυραμιδοειδών νευρώνων μάλιστα στον φλοιό του εγκέφαλου (L5p), έχει διαπιστωθεί ότι εμπλέκονται κάθε φορά που γίνονται ενσυνείδητες σκέψεις.

Επίσης, η βραχυχρόνια μνήμη παράγεται με την προσωρινή ενίσχυση υπαρχόντων συνάψεων, ενώ η μακροχρόνια με τη δημιουργία νέων. Κατ’ εξαίρεση όμως, οι έντονα συναισθηματικά φορτισμένες μνήμες (συνήθως αρνητικές) καταγράφονται κατ’ ευθείαν στην μακροχρόνια μνήμη. 

Ακόμα, καθώς το δεξί και το αριστερό ημισφαίριο του εγκέφαλου έχουν διαφορετικούς ρόλους, μπορούμε να φανταστούμε το δεξί σαν παράλληλο επεξεργαστή του Εδώ και Τώρα, ενώ το αριστερό σαν σειριακό επεξεργαστή της ανάκλησης του Παρελθόντος και του προγραμματισμού του Μέλλοντος.

        Εικόνα 9. Οι νευρώνες έχουν πολυάριθμα σημεία «σχεδόν» επαφής με άλλους νευρώνες που ονομάζονται συνάψεις. Η μετάδοση των ερεθισμάτων βασίζεται στη μεταφορά από τον έναν νευρώνα στον άλλον χημικών ουσιών (νευροδιαβιβαστών – neurotransmitters) που βρίσκονται αποθηκευμένες στα σαν «κουμπιά» άκρα τους (το ένα άκρο στέλνει, το άλλο δέχεται). Τον Απρίλιο του 2020 ανακοινώθηκε ότι δοκιμές με την αναισθητική ουσία Ισοφλουράνιο που χρησιμοποιείται σε νευροχειρουργικές επεμβάσεις, έδειξαν ότι η δράση της οφείλεται στην παρεμπόδιση της μετάδοσης των υψίσυχνων εγκεφαλικών κυμάτων που σχετίζονται με τη συνειδητότητα (εγρήγορση) μέσα από τις συνάψεις, ενώ δεν παρεμποδίζονται τα εγκεφαλικά κύματα χαμηλότερης συχνότητας που σχετίζονται με τις ζωτικές λειτουργίες. Την άνοιξη του 2021, ανακοινώθηκε ότι πειράματα με τη αναισθητική ουσία Προποφόλη έδειξαν ότι η επίδρασή της "κατεβάζει" τη συχνότητα των εγκεφαλικών κυμάτων με τα οποία επικοινωνεί ο εγκεφαλικός φλοιός με τον θάλαμο στο κέντρο του εγκέφαλου, από τα 4-100Hz, σε περίπου 1Hz. Αυτή η διαπίστωση συνάδει με την εκτίμηση ότι η συνειδητότητα (τουλάχιστον σαν εγρήγορση) είναι αποτέλεσμα της υψηλής συνδεσιμότητας των εγκεφαλικών νευρώνων.

Φαίνεται ακόμα ότι η έκκριση της ντοπαμίνης (της ορμόνης της "ανταμοιβής") σχετίζεται επίσης σε κάποιο βαθμό με το επίπεδο της συνειδητότητας.

Μπορούμε λοιπόν να φανταστούμε ότι μια εικόνα, ενός ζώου πχ μεταφέρεται στον εγκέφαλο σαν μια σειρά νευρικών ηλεκτρικών παλμών, οι οποίοι συγκρίνονται με πρότυπα που υπάρχουν αποθηκευμένα στον εγκέφαλο σαν χημικές αλλαγές. 

Ταυτόχρονα λαμβάνονται υπόψη και διάφορες άλλες πληροφορίες πάντα σαν ηλεκτρικοί παλμοί από τα αισθητήρια όργανα, όπως αν το ζώο είναι εικόνα ή ζωντανό, και στη δεύτερη περίπτωση αν είναι ελεύθερο ή περιορισμένο , επιθετικό ή όχι κλπ, καθώς και πληροφορίες από πολλούς άλλους σχετικούς παράγοντες (απόσταση, ήχους, μυρωδιές κλπ) που όλες επεξεργάζονται ταυτόχρονα.  

Σαν αποτέλεσμα, δημιουργούνται και στέλνονται παλμοί στα κατάλληλα σημεία του εγκέφαλου ώστε να προκληθούν συναισθήματα, που θα κινητοποιήσουν ή όχι τον οργανισμό μέσα από την έκκριση ορμονών.

Όμως, για να γίνουν ταχύτατα εκατομμύρια, ακόμα και με παράλληλη επεξεργασία, μεταφορές και επεξεργασίες σημάτων για μια αστραπιαία σκέψη, η τυπική ταχύτητα μετάδοσης των παλμών στους νευρώνες (25 m/s) δεν φαίνεται καθόλου επαρκής.

Μία ενδιαφέρουσα αναλογία που προτείνεται είναι η σύγκριση ενός εγκεφαλικού νευρώνα με ένα pixel μιας ηλεκτρονικής εικόνας. Η ενεργοποίησή του δεν σημαίνει ουσιαστικά τίποτα, αλλά εκατομμύρια που λειτουργούν σε συγχρονισμό παράγουν πολύ συγκεκριμένες εικόνες.

Κβαντικός εγκέφαλος;

«Η λογική θα σε πάει από το Α στο Β. Η φαντασία θα σε πάει παντού» Α. Άινστάϊν.

Μια σχετικά πρόσφατη εικασία του μαθηματικού Penrose (τέλος δεκαετίας 1980) και του αναισθησιολόγου Hameroff που προσπαθεί να απαντήσει στο παραπάνω πρόβλημα, υποστηρίζει ότι αυτή η διαδικασία γίνεται με «κβαντική διεμπλοκή» (quantum entanglement) και μάλιστα με τον ακαριαίο τρόπο της «κβαντικής συνάφειας ή συνοχής» (quantum coherence), δύο φαινόμενα που (μεταξύ άλλων) έχουν παρατηρηθεί στον μικρόκοσμο των υποατομικών σωματιδίων.

Σύμφωνα με τη σχετική θεωρία της Φυσικής, υποατομικά σωματίδια που έχουν κοινή αρχική προέλευση παραμένουν «συνδεδεμένα» ή συντονισμένα μεταξύ τους, με τρόπο ώστε όταν το ένα αλλάζει κατάσταση το άλλο να επηρεάζεται ακαριαία μπαίνοντας στην ίδια ή συνήθως στην αντίθετη κατάσταση ανεξάρτητα από τη μεταξύ τους απόσταση, και μάλιστα η επίδραση αυτή φαίνεται να μεταδίδεται πολύ γρηγορότερα ακόμα και από την ταχύτητα του φωτός!

Όταν όμως ο συσχετισμός της κβαντικής κατάστασης δεν αφορά μόνο δύο μεμονωμένα σωματίδια αλλά ένα μεγάλο πλήθος απ’ αυτά (συνήθως εξαιτίας κάποιας κοινής εξωτερικής διέγερσης), τότε ο συντονισμός μεταξύ τους απλώνεται ακαριαία και ταυτόχρονα προς όλες τις κατευθύνσεις. 

Και όταν αυτή η κβαντική συνάφεια φθάσει να επηρεάσει ένα πολύ μεγάλο αριθμό σωματιδίων, τότε το φαινόμενο γίνεται πλέον ανιχνεύσιμο και στον άμεσα αισθητό μας κόσμο. 

Εκεί βασίζεται πχ  η λειτουργία των laser, η μαγνητική τομογραφία (MRI) και η υπεραγωγιμότητα. Αυτό το ίδιο φαινόμενο μάλιστα του ταχύτατου διασκορπισμού της πληροφορίας, θέλουν να αξιοποιήσουν οι επιστήμονες για την κατασκευή ενός κβαντικού υπερυπολογιστή (βρίσκεται ήδη στο πρώτο πειραματικό στάδιο).

Αξίζει να σημειωθεί επίσης, ότι οι δράσεις αυτές συμβαίνουν σε πολύ υψηλές συχνότητες ταλάντωσης των εμπλεκόμενων μορίων, ενώ τα ηλεκτρόνια ή τα πρωτόνιά τους (δηλαδή οι συνηθισμένοι φορείς των κβαντικών φαινομένων) βρίσκονται σε μια «υπέρθεση καταστάσεων» (δηλαδή σε διαφορετικές καταστάσεις ταυτόχρονα) σαν αποτέλεσμα της κυματικής φύσης τους, γεγονός που κάνει τη θέση τους αόριστη μέχρις ότου ένας εξωτερικός παράγοντας να επέμβει προσδιορίζοντάς την, ακόμα και για ένα ελάχιστο χρονικό διάστημα.

Κάτι αντίστοιχο υποστηρίζουν και άλλες ομάδες ερευνητών, οι οποίες όμως εντοπίζουν τη δράση των κβαντικών φαινομένων όχι στους μικροσωληνίσκους (microtubules) των νευρικών κυττάρων όπως οι Penrose και Hameroff, αλλά στους ιοντικούς διαύλους που υπάρχουν στην κυτταρική μεμβράνη τους. Ακόμα άλλοι όπως ο Μ. Fisher (μέσα δεκαετίας 2010), υποθέτουν ότι είναι τα κβαντικά διεμπλεκόμενα άτομα φωσφόρου σε συσσωματώματα μορίων ανθρακικού φωσφόρου (μόρια Posner), που επιτρέπουν την ταυτόχρονη επικοινωνία πολυάριθμων νευρώνων, ενώ ο εκλιπών F. Crick (που έχει μοιραστεί το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη της δομής του DNA) και ο συνεργάτης του C. Koch, πρότειναν (αρχές της δεκαετίας 2000) τον ταινιοειδή πυρήνα (claustrum) βαθιά κάτω από καθέναν από τους κροταφικούς λοβούς.

        Εικόνα 10. Θέση του ταινιοειδή πυρήνα (claustrum) στο ένα ημισφαίριο του εγκέφαλου (εγκάρσια τομή). Το ίδιο φυσικά ισχύει και για το άλλο ημισφαίριο.

 Όμως απ’ ότι γνωρίζουμε μέχρι σήμερα, ο ρόλος της περιοχής αυτής είναι περισσότερο μια αναγκαία παρά ικανή συνθήκη για τη συνειδητότητα, όπως εξάλλου και οι νευρωνικές συνδέσεις μέσα από τον θάλαμο (thalamus) στο κέντρο του εγκέφαλου. 

Ακόμα πιο πρόσφατα (2014) ερευνητές της ιατρικής σχολής του Harvard εκτιμούν ότι η συνειδητότητα πηγάζει από την επικοινωνία μιας μικρής περιοχής του εγκεφαλικού στελέχους με δύο άλλες περιοχές του εγκέφαλου, στο εμπρός και πλάγιο τμήμα του αντίστοιχα. 

Στις αρχές του 2017, το claustrum επανήλθε στο προσκήνιο πάλι από τον Koch διευθυντή πλέον του ιδρύματος Allen για την έρευνα του εγκέφαλου, καθώς ανακαλύφθηκαν τρεις γιγάντιοι νευρώνες που συνδέονται με αυτό και σε συνδυασμό περιβάλλουν τον εγκέφαλο σαν «ακάνθινο στεφάνι», δημιουργώντας πολυάριθμες συνδέσεις περιφερειακά του εγκέφαλου. 

Ενώ τον Μάρτιο του 2018 διαπιστώθηκε ότι η φορά διάδοσης των εγκεφαλικών κυμάτων πολύ χαμηλής συχνότητας (infra low waves), χαμηλότερα από 0.5 Hz, σχετίζεται με το εάν ο οργανισμός είναι σε εγρήγορση ή όχι. 
Οι διαφορετικές κυματομορφές πάντως που καταγράφονται σ' ένα εγκεφαλογράφημα σε διάφορες φάσεις της δραστηριότητας του εγκέφαλου, είναι αποτέλεσμα της επικοινωνίας διαφόρων περιοχών του μεταξύ τους καθώς μεγάλες ομάδες νευρώνων ενεργοποιούνται συγχρονισμένα, όπως ο κυκλοφοριακός φόρτος στους δρόμους μιας πόλης δείχνει έμμεσα το μέγεθος της δραστηριότητας των κατοίκων της. Αναμένεται πάντως σημαντική εξέλιξη στην αξιοποίηση των εγκεφαλογραφημάτων που αφορούν κυρίως την επιφανειακή ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκέφαλου και καταγράφονται εξωτερικά του κρανίου, τα οποία μετά από επεξεργασία από υπολογιστή θα μπορούν να δίνουν πληροφορίες και για το εσωτερικό του εγκέφαλου (λιμπικό σύστημα), κάτι για το οποίο σήμερα απαιτούνται ηλεκτρόδια εμφυτευμένα στον εγκέφαλο.

 Έτσι, από την εποχή του Καρτέσιου μέχρι σήμερα αυτό που ξέρουμε για τη συνειδητότητα είναι ότι δεν βρίσκεται στην επίφυση, όπως δεν βρίσκεται και σε πολλές άλλες περιοχές του εγκέφαλου, δεν ξέρουμε όμως πού βρίσκεται, ή αν βρίσκεται κάπου! 

Και πιθανότατα κάποτε θα αποδειχθεί ότι δε βρίσκεται σε συγκεκριμένη περιοχή, μια και όλες οι δομές του ανθρώπινου εγκέφαλου απαντώνται λίγο πολύ και στους εγκέφαλους και των πιο εξελιγμένων θηλαστικών, αλλά προκύπτει από τη δυνατότητα διατήρησης και ταυτόχρονης συνδυαστικής επεξεργασίας πολύ μεγαλύτερου όγκου πληροφοριών.

Πάντως, αν και η κβαντική λειτουργία της συνείδησης δεν έχει ακόμα διαμορφωθεί σε θεωρία, για ορισμένα βιολογικά φαινόμενα υπάρχουν αρκετές ενδείξεις  ότι βασίζονται σε συγκεκριμένα φαινόμενα του κβαντικού κόσμου, όπως:

1.       Η λειτουργία των ενζύμων, στο φαινόμενο σήραγγας (tunneling effect).

2.       Η φωτοσύνθεση των φυτών, στην κβαντική συνάφεια ή συνοχή.

3.       Ο προσανατολισμός των ζώων και ειδικά των αποδημητικών*, στην κβαντική διεμπλοκή.

4.       Η κληρονομικότητα, η όσφρηση και οι μεταλλάξεις των γονιδίων, στο φαινόμενο σήραγγας.

            *Τον Μάρτιο του 2019 ανακοινώθηκε ότι και ο ανθρώπινος εγκέφαλος φαίνεται να έχει τη δυνατότητα να αντιληφθεί την αλλαγή προσανατολισμού του σε σχέση με μαγνητικό πεδίο της Γης, μία ικανότητα που προφανώς έχει ατονίσει με την εξέλιξη.

        Εικόνα 11. Σχεδιαστική απεικόνιση συστημάτων ή λειτουργιών στη φύση, στα οποία θεωρείται ότι εμπλέκονται  κβαντικά φαινόμενα.

Σήμερα φθάσαμε να καταλαβαίνουμε τον εγκέφαλο, όσο περίπου καταλαβαίναμε στα μέσα του 20^ου αιώνα τη λειτουργία του υπόλοιπου σώματος, κυρίως μέσω συσχετισμών αιτίας και αποτελέσματος με τις σύγχρονες απεικονιστικές μεθόδους, οι οποίες όμως παρότι έχουν επιτρέψει την αρκετά λεπτομερή λειτουργική χαρτογράφηση των διαφόρων  περιοχών του εγκέφαλου, δεν έχουν αποκτήσει ακόμα την επιθυμητή διακριτική ικανότητα. 

Όμως αναμένεται να καλύψουμε πλέον τη διαφορά αυτή σε πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα, εξαιτίας των ραγδαία αναπτυσσόμενων συσκευών και μεθόδων απεικόνισης, μέτρησης και έρευνας που τίθενται συνεχώς στη διάθεση των επιστημόνων, καθώς και νέων κλάδων και μεθόδων της επιστήμης όπως η οπτογενετική, η μαγνητο-θερμική διέγερση κλπ (βλ. Σημείωση 2, στο τέλος του κειμένου).

Επιπλέον, από τη δεκαετία του 2000 άρχισαν να ασχολούνται με τη λειτουργία του εγκέφαλου και αρκετοί επιστήμονες μη ιατρικών ειδικοτήτων, όπως φυσικοί, μαθηματικοί, μηχανικοί υπολογιστών κλπ, οι οποίοι ενδεχομένως να δουν τον εγκέφαλο από μία διαφορετική σκοπιά, που μπορεί να ανοίξει καινούργιους δρόμους για την κατανόησή του*. 

Σ’ αυτό το πνεύμα, το 2016 ο Elon Musk, ήδη ιδρυτής της Tesla και της SpaceX, συγκέντρωσε κορυφαίους επιστήμονες από διαφορετικά πεδία και ίδρυσε την Neuralink με σκοπό τη έρευνα για τη δυνατότητα πλήρους αμφίδρομης επικοινωνίας που ανθρώπινου εγκέφαλου με το περιβάλλον του, μέσα από υπολογιστή, αισθητήρες και μηχανικούς ενεργοποιητές (actuators), κάτι που θα επιτρέψει ακόμα και σε τελείως παράλυτους ανθρώπους (τετραπληγικούς) να έχουν σχεδόν φυσιολογικές δραστηριότητες. Το καλοκαίρι του 2019 μάλιστα ανακοινώθηκαν από τη Neuralink κάποιες λεπτομέρειες γύρω από τη μέθοδο με την οποία προβλέπεται η επικοινωνία με τον εγκέφαλο, που περιλαμβάνει την εμφύτευση σε ορισμένα σημεία του κρανίου πολύ λεπτών ηλεκτροδίων, μέσα από μικροσκοπικές οπές που θα ανοιχτούν ρομποτικά. Τα δεδομένα των ηλεκτροδίων θα συλλέγονται από μια συσκευή σαν ακουστικό βοήθημα και θα στέλνονται ασύρματα σ' έναν υπολογιστή.

Ήδη στα μέσα του 2021, ανακοινώθηκε ότι είχε επιτευχθεί ασύρματη μετάδοση από εμφύτευμα στον εγκέφαλο σε υπολογιστή, με διακριτική ικανότητα ενός νευρώνα και σε όλο το φάσμα των συχνοτήτων της ηλεκτρικής δραστηριότητάς του.

        Εικόνα 11α. Καλλιτεχνική απεικόνιση για την ενσωμάτωση ανθρώπινου εγκέφαλου-τεχνητής νοημοσύνης. Ήδη τα εγκεφαλικά οργανοειδή (brain organoids), συσσωματώματα εγκεφαλικών κυττάρων που καλλιεργούνται στο εργαστήριο και παρουσιάζουν στοιχειώδη λειτουργικότητα, έχουν εγείρει ηθικά διλήμματα ως προς το κατά πόσον διαθέτουν αίσθηση και ενδεχομένως και κάποιου είδους συνειδητότητα. Πηγή εικόνας: Neurosciencenews.com

Προς το τέλος του 2022 όμως, φαίνεται ότι μια άλλη εταιρεία, η Synchron, στην οποία έχουν επενδύσει και οι Bill Gates και Jeff Bezos προηγείται της Neuralink, καθώς η πρώτη ήδη κάνει κλινικές δοκιμές σε ασθενείς, με αισθητήρα εγκεφαλικής δραστηριότητας που εισάγεται με ελάχιστα επεμβατική μέθοδο από μία μικρή τομή στη σφαγίτιδα φλέβα στο λαιμό και στη συνέχεια προωθείται μέχρι τον κινητικό φλοιό του εγκέφαλου.

Αντίθετα, η Neuralink φαίνεται να αντιμετωπίζει επανειλημμένες καθυστερήσεις στο πρόγραμμά της και κατηγορίες για κακομεταχείριση πειραματόζωων.

Στο τέλος Ιανουαρίου 2024, ο Elon Musk ανακοίνωσε ότι τοποθετήθηκε το πρώτο εμφύτευμα σε ασθενή για τη διεπαφή ανθρώπου- υπολογιστή, στην περιοχή του εγκέφαλου που ελέγχει την "πρόθεση για κίνηση", με στόχο τον έλεγχο "με τη σκέψη" ενός πληκτρολογίου υπολογιστή ή κινητού τηλεφώνου. Στα τέλη Φεβρουαρίου του ίδιου έτους, ανακοινώθηκε ότι το εμφύτευμα λειτουργεί όπως προβλέπονταν, επιτυγχάνοντας τη μετακίνηση του κέρσορα στην οθόνη του υπολογιστή "με τη σκέψη".

*Ο πρώτος φυσικός που ασχολήθηκε με το θέμα της δημιουργίας της ζωής ήταν ο E. Schroedinger (Νόμπελ Φυσικής 1933), με το βιβλίο του «Τι είναι Ζωή» που εκδόθηκε το 1944.

Εικόνα 12. Ο Schroedinger είναι περισσότερο γνωστός για το νοητικό πείραμα για την αρχή της απροσδιοριστίας, με τη γάτα που μπορεί να είναι ταυτόχρονα νεκρή και ζωντανή!

Τελικά, ακόμα και αν αποδειχθεί ότι η λειτουργία του εγκέφαλου είναι κβαντική, δε σημαίνει ότι θα έχει δοθεί τελική απάντηση στο “ουσιώδες” πρόβλημα της συνειδητότητας (the “hard problem” of the consciousness, κατά τον καθηγητή της φιλοσοφίας D. Chalmers) που αφορά τον μηχανισμό της μετατροπής των εξωτερικών ερεθισμάτων σε προσωπική εμπειρία, παρά ότι θα πρόκειται για ένα ακόμα (αλλά σημαντικό) βήμα προς την κατεύθυνση αυτή.

Βιβλιογραφία και συνιστώμενα βιβλία ή άρθρα:

1.       Η ζωή στην κόψη, του Jim Al-Khalili, 2015, εκδόσεις Τραυλός. (Για τις κβαντικές βιολογικές λειτουργίες).

2.       The future of the Mind, του Michio Kaku, 2014, εκδόσεις Penguin.

3.       We are our brains, του Dick Swaab, 2014, εκδόσεις Penguin.

4.       Neuralink and the Brain’s Magical Future, by Tim Urban (You Tube), στο www.Waitbutwhy.com

5.       www.neurosciencenews.com και Neuroscience – Scientific American, για τις τελευταίες εξελίξεις στη λειτουργία του εγκέφαλου και της νευροεπιστήμης.

Σημείωση 1. Από το 2017, έρευνες δίνουν ελπίδες για μια ακόμα πιο έγκαιρη διάγνωση των ασθενειών Πάρκινσον και Αλτσχάιμερ μέσω ενός απλού τεστ οσφρητικής οξύτητας, ενώ ακόμα και μία όχι κορυφαία μύτη όπως η ανθρώπινη μπορεί να ξεχωρίσει σχεδόν ένα τρισεκατομμύριο διαφορετικές μυρωδιές, όπως εκτιμήθηκε το 2014 σε μία αμφιλεγόμενη όμως έρευνα. Επίσης, οι οσφρητικοί ερεθισμοί φθάνουν στον εγκέφαλο ακόμα και κατά τη διάρκεια του ύπνου, αντίθετα με τις υπόλοιπες αισθήσεις, ενώ μέσω της οσφρητικής οδού κάποιες θεραπευτικές ουσίες μπορούν να ξεπεράσουν τον αιματο-εγκεφαλικό φραγμό και να δράσουν στον εγκέφαλο (το ίδιο όμως μπορούν να κάνουν και επιβλαβείς ουσίες). Υπάρχει ακόμα μία τουλάχιστον επιβεβαιωμένη περίπτωση, αυτή της Βρετανίδας Joy Milne η οποία έχει τόσο ευαίσθητη μύτη που μπορεί να «μυρίζει» τα άτομα με Πάρκινσον, πριν καν τα άτομα αυτά εκδηλώσουν την ασθένεια κλινικά, ενώ είναι γνωστό ότι σκυλίσιες μύτες «μυρίζουν» τον καρκίνο!

Σημείωση 2. Η οπτογενετική και η μαγνητο-θερμική διέγερση, προσπαθούν να πετύχουν ιδιαίτερα στοχευμένη διέγερση μιας μικρής ομάδας νευρώνων του εγκέφαλου, οι οποίοι προηγουμένως έχουν γίνει ευαίσθητοι στο φως ή σε εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία, αντίστοιχα.  Στην πρώτη περίπτωση η διέγερση γίνεται με φως που φθάνει στη στοχευμένη περιοχή με οπτικές ίνες εμφυτευμένες στον εγκέφαλο, ενώ στη δεύτερη περίπτωση γίνεται πρώτα έγχυση μαγνητικών νανοσωματιδίων στην περιοχή ενδιαφέροντος και στη συνέχεια εφαρμογή εξωτερικά εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου, ώστε τα νανοσωματίδια να θερμανθούν. Και οι δύο μέθοδοι πάντως, προς το παρόν έχουν εφαρμοστεί μόνο σε πειραματόζωα. Μία ακόμα πρόσφατη μέθοδος που επιτρέπει την απεικόνιση με πολύ μεγάλη διακριτική ανάλυση (σε επίπεδο μορίων) πολύπλοκων οργανικών ενώσεων και μάλιστα στο φυσικό τους περιβάλλον, είναι η cryo-electron microscopy που το πετυχαίνει με την ψύξη του δείγματος σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.   

Σημείωση 3. Το 2020, ο καθηγητής μοριακής γενετικής στο πανεπιστήμιο του Surrey, Johnjoe McFadden υποστήριξε ότι η συνειδητότητα είναι αποτέλεσμα της επίδρασης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που εκπέμπουν οι ηλεκτρικοί παλμοί των νευρώνων του εγκέφαλου, στους παράπλευρους ιστούς. Σίγουρα πρόκειται για μια τολμηρή διατύπωση, που ο χρόνος θα δείξει αν έχει και ουσιαστική βαρύτητα. 

Σημείωση 4. Τον Φεβρουάριο του 2022, σε μία δημοσίευση πανεπιστημίου της Εσθονίας (https://neurosciencenews.com/brain-death-20092/) υποστηρίχθηκε ότι ο εγκέφαλος συνεχίζει να λειτουργεί* για μερικά λεπτά μετά από το σταμάτημα της καρδιάς, παράγοντας εγκεφαλικά κύματα τύπου άλφα και γάμμα, όπως όταν ονειρεύεται ή ανακαλεί μνήμες. Αυτή η δραστηριότητα θα εξηγούσε την κινηματογραφική αναδρομή των πιο σημαντικών στιγμών της ζωής του ατόμου, που γενικά περιγράφονται με τον όρο "προθανάτιες εμπειρίες".

*προφανώς εφόσον ο εγκέφαλος δεν έχει ήδη καταστραφεί

Σημείωση 5. Τον Δεκέμβριο του 2023, ανακοινώθηκε ότι τον Απρίλιο του 2024 προβλέπεται να τεθεί σε λειτουργία ο υπερυπολογιστής DeepSouth στο Σίδνεϋ της Αυστραλίας, που θα προσομοιώνει το νευρωνικό δίκτυο του ανθρώπινου εγκέφαλου εκτελώντας διεργασίες με την ίδια περίπου ταχύτητα. Αυτό δεν σημαίνει βέβαια ότι θα έχει τις δυνατότητες του ανθρώπινου εγκέφαλου και σε άλλους τομείς, αλλά θα δώσει ώθηση στην κατανόηση της λειτουργίας του (https://physicsgg.me/).

Σημείωση 6. Στις αρχές του 2024 τέθηκε σε λειτουργία στη Γαλλία ο πιό ισχυρός τομογράφος που κατασκευάστηκε ποτέ (Iseult, έντασης μαγνητικού πεδίου11.7Τ και βάρους 132 τόνων), 4 φορές ισχυρότερος από τους μέχρι πρόσφατα πιο ισχυρούς, που δίνει εικόνες απαράμιλλης ακρίβειας και εκτιμάται ότι θα βοηθήσει στο να πραγματοποιηθεί ένα άλμα στην κατανόηση της λειτουργίας του εγκέφαλου.              

Σημείωση 7. Ένα ενδιαφέρον (υποθετικό) ερώτημα είναι το παρακάτω: Αν δημιουργθεί ένας υπολογιστής που θα έχει τη δυνατότητα όλων των τρισεκατομυρίων συνδέσεων ενός ανθρώπινου εγκέφαλου (μάλλον με κάποιον αυτοπολλαπλασιαζόμενο τρόπο και ενδεχομένως σε πολύ μεγαλύτερο χώρο από αυτόν ενός κρανίου), και διασυνδεθούν αισθήσεις και δυνατότητες κίνησης μέσω ενός ρομποτικού "σώματος", θα προκύψει συνειδητότητα στον εγκέφαλο αυτόν; Ένα ερώτημα που μάλλον θα αργήσει πολύ ακόμα να απαντηθεί.

                                                                                                                   Γιώργος Μεταξάς