Μια άνευ προηγουμένου μελέτη της πλαστικότητας του εγκεφάλου και της οπτικής αντίληψης διαπίστωσε ότι άνθρωποι που, ως παιδιά, είχαν υποβληθεί σε χειρουργική επέμβαση αφαίρεσης του μισού εγκεφάλου τους, αναγνώριζαν σωστά τις διαφορές μεταξύ ζευγών λέξεων ή προσώπων σε ποσοστό άνω του 80% των περιπτώσεων. Λαμβάνοντας υπόψη τον όγκο του αφαιρεθέντος εγκεφαλικού ιστού, η εκπληκτική ακρίβεια αναδεικνύει την ικανότητα του εγκεφάλου – και τους περιορισμούς του – να επανασυνδέεται και να προσαρμόζεται σε δραματικές χειρουργικές επεμβάσεις ή τραυματικές βλάβες.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), είναι η πρώτη προσπάθεια να χαρακτηριστεί η νευροπλαστικότητα στον άνθρωπο και να κατανοηθεί κατά πόσον ένα μόνο εγκεφαλικό ημισφαίριο μπορεί να εκτελεί λειτουργίες που συνήθως κατανέμονται μεταξύ των δύο πλευρών του εγκεφάλου.
“Το ερώτημα αν ο εγκέφαλος είναι προ-συνδεδεμένος με τις λειτουργικές του δυνατότητες από τη γέννηση ή αν οργανώνει δυναμικά τη λειτουργία του καθώς ωριμάζει και βιώνει το περιβάλλον καθοδηγεί μεγάλο μέρος της επιστήμης της όρασης και της νευροβιολογίας”, δήλωσε η επικεφαλής συγγραφέας Marlene Behrmann, Ph.D., καθηγήτρια οφθαλμολογίας και ψυχολογίας στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ και στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon. “Η εργασία με ασθενείς με ημισφαιρεκτομή μας επέτρεψε να μελετήσουμε τα ανώτατα όρια της λειτουργικής ικανότητας ενός μόνο εγκεφαλικού ημισφαιρίου. Με τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης, έχουμε πλέον ένα πόδι στην πόρτα της ανθρώπινης νευροπλαστικότητας και μπορούμε επιτέλους να αρχίσουμε να εξετάζουμε τις δυνατότητες αναδιοργάνωσης του εγκεφάλου”.
Η νευροπλαστικότητα είναι μια διαδικασία που επιτρέπει στον εγκέφαλο να αλλάζει τη δραστηριότητά του και να επανασυνδέεται, είτε δομικά είτε λειτουργικά, ως απάντηση στις αλλαγές του περιβάλλοντος. Και παρόλο που η πλαστικότητα του εγκεφάλου κορυφώνεται νωρίς στην ανάπτυξη, ο εγκέφαλός μας συνεχίζει να αλλάζει μέχρι και την ενηλικίωση.
Καθώς οι άνθρωποι μεγαλώνουν, τα δύο μισά του εγκεφάλου μας, που ονομάζονται ημισφαίρια, εξειδικεύονται όλο και περισσότερο. Παρόλο που αυτός ο καταμερισμός εργασίας δεν είναι απόλυτος, τα δύο ημισφαίρια υιοθετούν διακριτές κύριες αρμοδιότητες: Το αριστερό ημισφαίριο ωριμάζει σε πρωταρχικό χώρο για την ανάγνωση τυπωμένων λέξεων και το δεξιό ημισφαίριο ωριμάζει σε πρωταρχικό χώρο για την αναγνώριση προσώπων.
Αλλά η νευροπλαστικότητα έχει περιορισμούς και αυτή η ημισφαιρική προτίμηση γίνεται πιο άκαμπτη με την πάροδο του χρόνου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι ενήλικες που αναπτύσσουν εγκεφαλική βλάβη λόγω εγκεφαλικού επεισοδίου ή όγκου μπορεί να παρουσιάσουν διαταραχή στην ανάγνωση ή να υποστούν τύφλωση, ανάλογα με το αν επηρεάζεται το αριστερό ή το δεξί ημισφαίριο του εγκεφάλου.
Τι συμβαίνει όμως όταν ο εγκέφαλος αναγκάζεται να αλλάξει και να προσαρμοστεί ενώ είναι ακόμη εξαιρετικά εύπλαστος;
Για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, οι ερευνητές εξέτασαν μια ειδική ομάδα ασθενών που είχαν υποβληθεί σε πλήρη ημισφαιρεκτομή – ή χειρουργική αφαίρεση του ενός ημισφαιρίου για τον έλεγχο των επιληπτικών κρίσεων – κατά την παιδική ηλικία.
Επειδή οι ημισφαιρεκτομές είναι σχετικά σπάνιες, οι επιστήμονες σπάνια έχουν πρόσβαση σε περισσότερους από μια χούφτα ασθενείς κάθε φορά. Αλλά η ομάδα του Pitt βρήκε μια απροσδόκητη ασημένια επένδυση της πανδημίας COVID-19: την ομαλοποίηση των υπηρεσιών τηλεϊατρικής, η οποία κατέστησε δυνατή την εγγραφή 40 ασθενών με ημισφαιρεκτομή, αριθμός πρωτοφανής για μελέτες αυτού του είδους.
Για να αξιολογήσουν την ικανότητα αναγνώρισης λέξεων, οι ερευνητές παρουσίασαν στους συμμετέχοντες τους ζεύγη λέξεων, κάθε μία από τις οποίες διέφερε μόνο κατά ένα γράμμα, όπως “σαπούνι” και “σούπα” ή “δεξαμενή” και “καρφίτσα”. Για να ελέγξουν πόσο καλά τα παιδιά αναγνώριζαν διαφορετικά πρόσωπα, οι επιστήμονες τους έδειξαν ζεύγη φωτογραφιών ανθρώπων. Οποιοδήποτε από τα δύο ερεθίσματα εμφανιζόταν στην οθόνη μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου και οι συμμετέχοντες έπρεπε να αποφασίσουν αν το ζεύγος των λέξεων ή το ζεύγος των προσώπων ήταν το ίδιο ή διαφορετικό.
Είναι εκπληκτικό ότι το μοναδικό εναπομείναν ημισφαίριο υποστήριζε και τις δύο αυτές λειτουργίες. Η ικανότητα αναγνώρισης λέξεων και προσώπων μεταξύ των ατόμων ελέγχου και των ατόμων με ημισφαιρεκτομή διέφερε, αλλά οι διαφορές ήταν μικρότερες από 10% και η μέση ακρίβεια ξεπέρασε το 80%. Σε άμεσες συγκρίσεις μεταξύ αντίστοιχων ημισφαιρίων σε ασθενείς και μάρτυρες, η ακρίβεια των ασθενών τόσο στην αναγνώριση προσώπων όσο και στην αναγνώριση λέξεων ήταν συγκρίσιμη ανεξάρτητα από το ημισφαίριο που αφαιρέθηκε.
“Είναι καθησυχαστικό ότι η απώλεια του μισού εγκεφάλου δεν ισοδυναμεί με απώλεια της μισής λειτουργικότητάς του”, δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Michael Granovetter, Ph.D., φοιτητής στο Πρόγραμμα Εκπαίδευσης Ιατρικών Επιστημόνων στην Ιατρική Σχολή του Pitt. “Ενώ δεν μπορούμε να προβλέψουμε οριστικά πώς μπορεί να επηρεαστεί κάθε παιδί από μια ημισφαιρεκτομή, οι επιδόσεις που βλέπουμε σε αυτούς τους ασθενείς είναι ενθαρρυντικές. Όσο περισσότερο μπορούμε να κατανοήσουμε την πλαστικότητα μετά την επέμβαση, τόσο περισσότερες πληροφορίες, και ίσως περισσότερη άνεση, μπορούμε να προσφέρουμε στους γονείς που λαμβάνουν δύσκολες αποφάσεις σχετικά με το θεραπευτικό πλάνο του παιδιού τους”.