Creierul este un organ izolat. Neuronii sunt celule care alcătuiesc creierul, nervii şi măduva spinării şi ei comunică unii cu alţii cu ajutorul unor impulsuri electrice cunoscute sub numele de potenţial de acţiune, dar interacţiunile dintre neuroni sunt complicate şi greu de înţeles. Este dificil să putem ajunge la creier: introducerea unor instrumente prin craniu în creier necesită o intervenţie chirurgicală.
Cu toate acestea, activitatea desfăşurată de profesorii Eitan Kimmel şi Shy Shoham şi a doctorandului Misha Plaksin din cadrul American Technion Society ar putea conduce la dezlegarea unor mistere ale creierului prin intermediul unor tehnici noninvazive ce utilizează sunetul şi care, probabil, pot ajuta la obţinerea unor noi tratamente pentru boli. Rezultatele au fost publicate în data de 21 ianuarie 2014 în Physical Review X.
Oamenii de ştiinţă cunosc de ceva timp că undele ultrasonice pot afecta celulele în mai multe moduri. De exemplu, medicii folosesc ultrasunetele pentru a stimula creşterea vaselor sanguine şi a oaselor. Acestea sunt folosite, de asemenea, în terapia pe bază de căldură. Atunci când undele ultrasonice sunt aplicate asupra neuronilor, ele pot schimba modul prin care aceştia generează şi transmit semnalele electrice. „Se ştie că ultrasunetele produc tot felul de efecte în celule", afirmă profesorul Kimmel, „dar modul prin care ele acţionează, în multe cazuri, nu este clar, mai ales atunci când vine vorba despre stimularea neuronală".
Un nou model ar poate ajuta mult la clarificarea modului de acţiune al ultrasunetelor asupra celulelor. Acest nou mod de înţelegere al interacţiunii dintre undele sonore şi celule se bazează pe membrana celulară. Această structură microscopică reprezintă pielea care înconjoară o celulă, ea păstrează nucleul şi ADN-ul conţinut de acesta separat de mediul înconjurător. Moleculele care formează membrana sunt aranjate în aşa fel încât formează două straturi având un spaţiu între ele.
În conformitate cu modelul lui Kimmel, atunci când undele ultrasonice întâlnesc o celulă, cele două straturi ale membranei celulare încep să vibreze (similar modului prin care corzile vocale ale unei persoane vibrează atunci când aerul trece prin laringe). Membranele celulare, de asemenea, acţionează ca nişte condensatori care acumulează sarcina electrică. Pe măsură ce straturile vibrează, sarcina electrică a membranei se deplasează, ceea ce conduce la apariţia unui curent alternativ care duce la o acumulare de sarcină electrică. Cu cât vibraţiile continuă o perioadă mai lungă de timp, cu atât mai multă sarcina electrică se acumulează în membrană. În cele din urmă, sarcina electrică acumulată determină apariţia unui potenţial de acţiune.
Echipa Technion a utilizat acest model teoretic pentru a prezice unele rezultate experimentale care au fost ulterior verificate cu ajutorul unor experimente ce au constat în stimularea creierului unor şoareci de către o echipă de la Stanford University. Potrivit profesorului Shoham, aceasta este „prima teorie predictivă a stimulării pe bază de ultrasunete". Toate aceste rezultate înseamnă că oamenii de ştiinţă ar putea fi pe punctul de a înţelege, în cele din urmă, modul prin care ultrasunetele afectează celulele nervoase.
Şi această nouă înţelegere ar putea conduce la noi progrese importante în medicină. De exemplu, oamenii de ştiinţă ar putea utiliza undele ultrasonice pentru a verifica structura internă a creierului, o tehnică non-invazivă care ar fi mai sigură decât cea de implantare a unor electrozi şi care completează informaţiile furnizate cu ajutorul RMN (n.t. Rezonanţă Magnetică Nucleară). Medicii ar putea folosi, de asemenea, ultrasunetele pentru a trata crizele de epilepsie. Shoham a început să studieze modul prin care undele ultrasonice ar putea stimula celulele de la nivelul retinei, creând eventual imagini şi permiţându-le oamenilor să vadă fără lumină. „Există un potenţial mare pentru dezvoltarea unor aplicaţii suplimentare", afirmă Kimmel.
Concluziile echipei Technion evidenţiază, de asemenea, cât este de important să existe o înţelegere teoretică a fenomenelor din natură. La urma urmei, spune Shoham, „se pot face atât de mult lucruri cu ajutorul unor efecte pe care nu le înţelegem".
Traducere de Cristian-George Podariu după brain-secrets cu acordul editorului
