Scurtă introducere în neuroştiinţă

Vă invităm astăzi la o incitantă introducere în neuroştiinţă. Câţi neuroni avem? Folosim doar 10% din creier? Cât cântăreşte creierul uman? Cât de repede circulă informaţia la nivelul sistemului nervos? Care sunt principalele boli ale sistemului nervos?

Ce-urile
Ce este neuronul?

Neuronul este o celulă nervoasă. Creierul este format din aproximativ 100 de miliarde de neuroni. (Mai precis, un creier adult are în medie 86 miliarde de neuroni – potrivit unui articol recent, apărut pe Scientia-n.tr.)

Neuronii se aseamănă cu celelalte celule din corpul uman într-un fel, cum ar fi:
-Neuronii sunt înconjuraţi de membrane.
-Neuronii au un nucleu ce conţine gene.
-Neuronii conţin citoplasmă, mitocondrii şi alte „organite”.

Totuşi, neuronii diferă de celelalte celule din organismul uman prin faptul că:
-Neuronii au prelungiri specifice numite dendrite şi axoni. Dendritele aduc informaţia la corpul celular, iar axonii o preiau de la corpul celular.
-Neuronii comunică între ei prin intermediul unui proces electrochimic.
-Neuronii formează conexiuni specializate numite „sinapse” şi produc compuşi chimici speciali numiţi „neurotransmiţători” care sunt eliberaţi la nivelul sinapsei.

Există aproximativ un cvadrilion de sinapse în creierul uman. Adică 1.000.000.000.000.000 sinapse! Ceea ce este egal cu aproximativ jumătate de miliard de sinapse pe milimetru cub. (Statistică din Changeux, J-P. and Ricoeur, P.,What Makes Us Think?, Princeton: Princeton University Press, 2000, p. 78)

Tipuri de neuroni

Ce se află în spatele zicalei „Folosim doar 10% din creierul uman?” Este adevărat? Nu... nu este adevărat. Ne folosim în totalitate creierul. (Această întrebare a fost discutată şi în secţiunea Q&A de pe Scientia - n.tr.)

Cum-urile

Cât de mare este creierul? Cât de mult cântăreşte un creier?

Creierul uman adult cântăreşte între 1300g şi 1400g (aproximativ 3 livre - unitate de măsură pentru greutăţi, de aproximativ 0,500 kg, folosită în special în ţările anglo-saxone - n.tr.). Creierul uman al unui nou-născut cântăreşte între 350 şi 400g. Pentru comparaţie:
- creierul elefantului=6.000g
- creierul cimpanzeului=42 g
- creierul maimuţei rhesus=95g
- creierul câinelui de vânătoare (beagle)=72g
- creierul pisicii=30g
- creierul şobolanului=2g

Câţi neuroni (celule nervoase) există în creier? Cât de mari sunt?

Există aproximativ 100 de miliarde (100.000.000.000) de neuroni în creierul uman. Pentru a înţelege cât de mult înseamnă 100 de miliarde, gândiţi-vă la aceasta: presupuneţi că veţi număra toate cele 100 de miliarde de celule cu o viteză de 1 celulă pe secundă. Cât de mult vă va lua să număraţi cele 100 de miliarde de celule? Calculele mele spun că vă va lua aproximativ 3.171 de ani! Faceţi calculele voi înşivă. (Iată indiciul cu privire la calcul: avem 60 de secunde într-un minut; 60 de minute într-o oră, 24 de ore într-o zi; 365 de zile într-un an.) Apropo, calculele mele NU au luat în calcul „anii bisecţi”. De fapt, v-ar lua mai mult de 3.171 de ani întrucât durează mai mult de o secundă să pronunţaţi numerele mari.

Aici este o altă metodă pentru a vă gândi la 100 de miliarde:
Presupuneţi că un neuron are corpul celular lat de 10 microni (aceasta este doar o presupunere, întrucât neuronii au mărimi diferite. Totuşi, 10 microni este mic; mai mic decât perioada de la sfârşitul acestei propoziţii.). Ok... dacă aţi fi capabili să aliniaţi toate cele 100 de miliarde de neuroni într-o linie dreaptă, cât de lungă ar fi această linie? Verificaţi-mi calculele!

1 neuron=10 microni lăţime
10 neuroni=100 microni lăţime
100 neuroni=1000 microni lăţime=1 mm lăţime
1.000 neuroni=10 mm lăţime=1 cm lăţime
100.000 neuroni=100 cm lăţime=1 m lăţime
100.000.000 neuroni=1000 m lăţime=1 km lăţime
10.000.000.000 neuroni=100 km lăţime
100.000.000.000 neuroni=1000 km lăţime (aproximativ 600 de mile - unitate de măsură pentru lungimi egală cu 1609,3 m, folosită în Marea Britanie şi în S.U.A. – n.tr.)

Deşi toţi neuronii puşi cap la cap s-ar întinde pe o distanţă de 1000 de km, linia ar fi doar de 10 microni lăţime... invizibilă cu ochiul liber!

Pentru a avea o idee cât de mic este un neuron, să mai facem puţine calcule:

Punctul din vârful acestui „i” este de aproximativ 0.5 mm (500 de microni sau 0.02 inch - unitate de măsură pentru lungime, egală cu 2,54 cm, folosită în Anglia şi în Statele Unite ale Americii-n.tr.) în diametru. Astfel, dacă presupuneţi că un neuron are 10 microni în diametru, aţi putea înghesui 50 de neuroni cap la cap de la un cap la altul al punctului. Cu toate acestea, nu aţi putea înghesui decât 5 neuroni mari (100 de microni în diametru).

Cât de lung este un neuron?

Unii neuroni sunt foarte scurţi... mai puţin de un milimetru lungime. Unii neuroni sunt foarte lungi... un metru sau mai mult! Axonul unui neuron motor aflat în măduva spinării care inervează un muşchi de la nivelul piciorului poate avea aproximativ 1 metru (3 picioare – feet - unitate de lungime engleză, de 30,48 cm; picior (= 12 ţoli)-n.tr.) în lungime.

Gândiţi-vă cât de lung ar fi axonul unui neuron motor dacă aţi fi vrut să-i faceţi un model. Corpul celular al unui neuron motor este de aproximativ 100 de microni (0.1 milimetri) în diametru, iar după cum ştiţi, axonul are aproximativ 1 metru (1.000 de milimetri) în lungime. Deci, axonul unui neuron motor este de 10.000 de ori mai lung decât lăţimea corpului celular. Dacă folosiţi o minge de ping-pong (diametru aproximativ 3.8 cm sau 1.5 inch) pentru a modela corpul celular, axonul ar trebui să aibă 38.000 cm (380 de m) sau 1.247 de picioare lungime. Dacă folosiţi o minge de baschet (diametru aproximativ 24 cm sau 9.5 inch) pe post de corp celular, axonul ar avea 240.000 cm (2.4 km) sau 7.874 picioare (1.49 mile) în lungime!

Cât de mare este creierul în comparaţie cu restul corpului?

Dacă presupunem că o persoană medie cântăreşte 150 de livre (aproximativ 60 de kg), iar creierul mediu cântăreşte 3 livre (aproximativ 1500 de grame), atunci creierul reprezintă 2% din greutatea totală a corpului.

Cât de lungă este măduva spinării şi cât de mult cântăreşte aceasta?

Măduvă spinării are în medie 45 de centimetri lungime la bărbaţi şi 43 de centimetri lungime la femei. Măduva spinării cântăreşte aproximativ 35 de g.

Cât de rapid este transmisă informaţia la nivelul sistemului nervos?

Informaţia este transmisă la viteze diferite în funcţie de tipul de neuroni. Transmiterea poate fi de numai 0.5 metri/secundă sau 120 metri/secundă. Să călătoreşti cu 120 metri/secundă este ca şi cum ai merge cu 268 de mile/oră!!! Verificaţi calculele voi înşivă.

Mai multe ce-uri şi câteva cine-uri, de ce-uri şi cum-uri

Ce studiază neurocercetătorii?

Poate că cea mai bună metodă de a descrie ceea ce studiază neurocercetătorii este să înşirăm „nivelurile” la care se pot realiza experimente:
1. Nivelul comportamental: studiul bazelor neurale ale comportamentului. Cu alte cuvinte, ce determină oamenii şi animalele să facă lucrurile pe care le fac.

2. Nivelul sistemului: studierea diferitelor părţi ale sistemului nervos, cum ar fi sistemul vizual sau cel auditiv. Aceasta ar putea include şi cercetări asupra părţilor din creier care sunt interconectate.

3.Nivelul circuitului local: studiază rolul unui grup de neuroni (celule nervoase).

4.Nivelul unui neuron individual: studiază comportamentul neuronilor individuali cu privire la un anume „eveniment”. De asemenea, poate studia şi ceea ce este conţinut la nivelul unui neuron individual (studii asupra neurotransmiţătorilor).

5.Nivelul sinaptic: studiază ceea ce se întâmplă la nivelul sinapsei.

6.Nivelul membranal: studiază ceea ce se întâmplă la nivelul canalelor ionice din cadrul unei membrane neuronale.

7.Nivelul genetic: studiază bazele genetice ale funcţiei neuronale.

Cum devii un neurocercetător? Cât de mult timp trebuie să mergi la şcoală?

1. În primul rând, trebuie să termini liceul... deci de la clasa I până în clasa a XII-a sunt 12 ani.

2. Apoi, trebuie să obţii o diplomă universitară...cel puţin încă 4 ani de şcoală. (În România, facultatea de medicină durează 6 ani – n.tr.)

3. În final, veţi continua pentru a obține diploma de doctor sau de medic specialist... cel puţin încă 4 ani de studii (În România, rezidenţiatul pe neurologie durează 5 ani, iar cel pe neurochirurgie 6 ani – n.tr.).

Să adunăm ceea ce avem până acum – 12 ani + 4 (6) ani + 4 (5) ani = 20 (23) de ani

Aceasta presupune 20 de ani de şcoală. Cat timp vă aflaţi în facultate sau facultatea de medicină vă puteţi intitula „neurocercetător în pregătire”. După ce obţineţi doctoratul sau diploma de medic specialist, vă puteţi spune „neurocercetător”. Alte persoane se întorc la şcoală pentru a obţine o nouă diplomă, astfel încât acestea au atât o diplomă de medic specialist, cât şi un doctorat. Majoritatea oamenilor continuă pregătirea într-un laborator diferit după obţinerea diplomelor de doctor sau medic specialist. Această perioadă de timp este numită „pregătire postdoctorală”, iar neurocercetătorii învaţă noi metode şi tehnici. Această perioadă durează, de obicei, 2-4 ani. Este ceea ce speră majoritatea neurocercetătorilor, să obţină un post la o universitate, spital sau o companie după perioadă de pregătire postdoctorală. Pentru a afla mai multe despre cum să devii neurocercetător, puteţi citi „O altă zi, un alt neuron”, un scurt eseu pe care l-am scris pentru site-ul Genentech Access Excellence.

De ce neurocercetătorii fac ceea ce fac?

Diferiţi neurocercetători au diferite motive pentru alegerea carierelor lor. Totuşi, sunt sigur că anumiţi cercetători sunt motivaţi de curiozitatea de a învăţa mai multe despre creier. Neurocercetătorii şi-ar dori, de asemenea, să găsească tratamente şi soluţii pentru bolile care afectează sistemul nervos. Bolile neurologice afectează peste 50 de milioane de americani în fiecare an – acestea implică costuri de miliarde de dolari în fiecare an. Aici avem mai multe informaţii cu privire la bolile principale ale sistemului nervos (extrase din Brain Facts, Society for Neuroscience si alte sure incluzand The American Academy of Neurology)

Principalele boli ale sistemului nervos

Cine a fost primul neurocercetător?

Hmmm... nu cred că cineva ştie cu siguranţă răspunsul la această întrebare. Iată opinia mea. Anumite cranii, care au cel puţin 10.000 de ani vechime, prezintă nişte găuri neobişnuite în ele. Cercetătorii cred că aceste găuri au fost făcute intenţionat pentru „a permite spiritelor rele să iasă prin ele”. Aceasta presupune ca aceşti oameni să fi avut anumite păreri, potrivit cărora capul sau creierul aveau o anumită importanţă pentru sănătate şi bunăstare. Poate că aceşti oameni pot fi consideraţi primii neurocercetători.

Prima mărturie istorică înregistrată a folosirii cuvântului „creier” aparţine egiptenilor din Antichitate.  Termenul pentru „creier” şi alte cuvinte din familia „neuro” apar în Papirusul Chirurgical Edwin Smith care a fost scris de către un chirurg egiptean necunoscut în jurul anului 1.700 i.Hr.

Socrate (469-399 i.Hr) şi Aristotel (384-311 i.Hr) au fost printre primii „gânditori” care au vorbit despre creier şi minte. Cu toate acestea, Aristotel credea că inima, nu creierul, este mai importantă pentru inteligenţă. Galenus (129-100) a fost un alt neurocercetător. Leonardo da Vinci (1452-1519), care a venit mult mai târziu, poate fi, de asemenea, considerat un neurocercetător.

Câte articole de cercetare asupra creierului sunt publicate în fiecare an?

Pentru 2012 (08.09), o căutare pe PubMed a termenului „creier” a furnizat 41.240 rezultate. (n.tr.)