Nu e cine ştie ce ştire faptul că în creierul nostru îşi au sediul atât gândurile, cât şi emoţiile. Creierul ia deciziile şi coordonează acţiunile organismului. Creierul adaptează acţiunile organismului în funcţie de mediul înconjurător, recepţionând informaţii externe şi reacţionând în consecinţă.  Pentru multă vreme am explicat funcţionarea creierului strict prin celulele sale specializate - neuronii, care constituie hardware-ul creierului.



Dar ştiinţa genomicii arată că, la un nivel mai profund, emoţiile şi comportamentul sunt, de asemenea, modelate de un al doilea strat de organizare a creierului, unul pentru care abia recent am creat instrumentele necesare pentru a-l investiga. Acest al doilea strat se bazează pe gene.

Suntem încă la început în ce priveşte înţelegerea modului în care genele şi neuronii lucrează împreună, ca hardware-ul şi software-ul, pentru a face funcţionarea creierului posibilă.

Dacă vom dezvălui cum acest sistem format din două straturi funcţionează, în detaliu, vom putea dezvălui cum mediul afectează comportamentul şi cum să acţionăm pentru a îmbunătăţi sănătatea mentală.

Este timpul pentru a recunoaşte că activitatea genelor nu este una de fundal, ci parte integrantă din operarea creierului.


Neuronii în scaunul şoferului

Complexitatea uluitoare a creierului uman a fost dezvăluită în secolul al XIX-lea, când doi anatomişti, Camillo Golgi, Italia, şi Santiago Ramón y Cajal, Spania, au inventat tehnici de evidenţiere a ţesutului cerebral, relevând astfel reţeaua celulelor cerebrale.

Ştim astăzi că aproximativ 100 de miliarde de neuroni sunt conectaţi în creierul uman pentru a forma un circuit complex ce funcţionează pe bază de semnale electrice şi substanţe chimice pentru a crea amintiri şi a coordona comportamentul. Această structură fizică reprezintă hardware-ul sistemului nostru de control neuronal - care este maleabil, reconfigurabil în funcţie de experienţele trăite.

De-a lungul secolului al XX-lea cercetătorii au analizat zaharurile, lipidele, proteinele şi alte molecule care clădesc, ajută în funcţionare şi repară creierul. Aceste molecule par să joace un rol de sprijin pentru neuroni, care controlează, în fapt, comportamentul.



Genele sunt translatate în proteine care, de asemenea, joacă un rol important în funcţionarea creierului



Intrarea în scenă a genelor

                Genomica examinează întregul set de informaţii genetice conţinute de celule, activitatea genelor şi interacţiunile dintre acestea.

Genomica secolului al XXI-lea a "livrat" o surpriză cu privire la funcţionarea creierului. Aceasta a dezvăluit că genele creierului sunt mult mai implicate în reglarea comportamentului decât ne-am imaginat anterior.

Genele dirijează producţia moleculelor creierului mai sus menţionate prin intermediari constituiţi din ARN (acid ribonucleic). Moleculele ARN transmit instrucțiuni celulei despre când şi cum să producă proteine necesare pentru funcţionare. Tehnologiile create în ultimii 20 de ani le-au permis cercetătorilor să monitorizeze efectele ARN la nivelul celulelor cu o mai mare precizie. Aceste studii au dezvăluit o relaţie surprinzătoare între comportament şi activitatea genelor la nivelul creierului.

Una dintre primele informaţii privind relaţia apropiată dintre comportament şi gene a venit dintr-o sursă improbabilă: creierul unei albine. Albinele, ca oamenii, trăiesc în comunităţi complexe şi sunt influenţate de ce fac alţi membrii ai comunităţii.

În laboratorul meu s-a descoperit că modificările comportamentale au la origine activitatea modificată a mii de gene din creierul albinelor. În anumite cazuri relaţia dintre comportament şi activitatea genelor este atât de clară, că un program de computer o poate prezice cu precizie (pornind de la modelul activităţii genelor se ajunge la prezicerea comportamentului). S-a dovedit că răspunsuri genomice similare există şi la alte specii, inclusiv la oameni. Această descoperire consolidează ideea conform căreia genele neuronilor reprezintă o forţă fundamentală care generează comportamentul.

Această descoperire a fost surprinzătoare, pentru că se cunoaşte că neuronii modifică modul în care comunică între ei pentru a genera modificări ale comportamentului prin intermediul unor mecanisme care nu necesită modificări imediate ale activităţii genelor. Deşi ştim că moleculele creierului trebuie să fie produse în mod continuu pentru a permite circuitelor neuronale să se reconfigureze, ca rezultat al trecerii timpului şi acumulării de experienţă, neurocercetătorii nu au anticipat faptul că relaţia dintre activitatea genelor şi comportament este atât de strâns corelată.




Genele din creier exercită influenţă

De ce există o atât de strânsă corelare dintre activitatea genelor şi comportament? O idee vine dintr-un alt studiu privind albinele.  Acestea răspund în mod agresiv şi imediat la o ameninţare la adresa stupului. În natură orice întârziere poate fi fatală. Acest răspuns comportamental este mult mai rapid decât timpul necesar pentru a produce noi molecule de ARN, sugerând faptul că răspunsul iniţial este mai dependent de sistemul neuronal decât de cel genomic. Cu toate acestea, în laboratorul meu am descoperit că la câteva ore după ce ameninţarea a fost neutralizată albinele suferă modificări ale activității a sute de gene de la nivelul creierului. Experienţa ameninţării stupului le schimbă, atât la nivel molecular, cât şi din punct de vedere al comportamentului.

Odată cu schimbările durabile ale activităţii genelor (pe care le-am observat prin intermediul schimbărilor la nivelul cantităţilor fiecărui tip de moleculă ARN) a fost constată şi o creştere a vigilenţei. Şi acest aspect are sens: deşi pe Wall Street nu poţi prezice viitorul pe baza rezultatelor trecute, în natură este util să rămâi vigilent după experimentarea unei ameninţări. Manipulările experimentale care au simulat profilul de activitate a genelor dintr-un creier de albină de după o experienţă ameninţătoare au făcut albinele mai agresive, demonstrând o relaţie cauzală între activitatea genelor şi comportament. Creierul albinei, confruntat cu o ameninţare care se poate manifesta din nou, dispune de o "aplicaţie" genomică ce o ajută să răspundă mai eficient pe viitor.

Eu şi colegii mei am arătat, de asemenea, că acest tip de schimbări apar şi la şoareci, şi la peşti, după ce aceşti sunt ameninţaţi, sugerând că acest răspuns genomic lent, dar durabil, reprezintă o proprietate universală a creierului.



Neuronii au beneficiat de gloria iniţială, dar nu uitaţi de rolul genelor...



Două sisteme funcţionând la unison

Neuronii şi genomurile celulelor cerebrale, aşadar hardware-ul şi software-ul, lucrează împreună pentru a orchestra un răspuns la o anumită situaţie, care poate varia de la persoană la persoană. Acelaşi eveniment (o provocare la şcoală ori la serviciu, apariţia unei persoane noi în cercul relaţional) poate provoca un stres teribil unei persoane, iar pe alta să nu o afecteze aproape deloc. Credem că sistemele neuronale ale unor persoane atât de diferite sunt dirijate în mod diferit de sistemele lor genomice, poate ca o consecinţă a experienţelor stresante mai vechi. Într-un creier viu, spre deosebire de un computer, softul poate ajuta la modificarea hardware-ului, iar atunci când o nouă situaţie survine, funcţionarea hardware-ului neuronal continuă să modifice softul genomic. Natura a inventat un sistem inteligent constând din software şi hardware adaptabile şi care interacţionează dinamic.

Această interacţiune între gene şi neuroni se construieşte pe o istorie comună care merge înapoi în timp, pornind de la diferenţele de temperament, care, de asemenea,  influenţează activitatea genelor. Iar dacă un stres acut poate duce la schimbări genomice care provoacă teamă şi mânie în câteva ore, stresul cronic pe fondul unor lipsuri ori al violenţei poate genera efecte nocive majore asupra sănătăţii, pentru că activează schimbări genomice în creier care nu se disipă după încetarea activităţii factorului stresor. În anumite cazuri se induc schimbări de lungă durată ale structurii chimice a ADN-ului; aceste schimbări, denumite epigenetice, pot fi chiar transmise de la o generaţie la alta.

Avem nevoie să învăţăm să citim mai bine "înregistrările" genomice provocate de schimbările generate de experienţe pentru a putea prezice mai bine efectele viitoare. În acest fel nu doar că vom adânci cunoaşterea noastră cu privire la creier, dar, de asemenea, vom înţelege modul în care stresul socioeconomic ajunge "sub piele" pentru a ne afecta starea de spirit şi sănătatea.

Cercetarea, inclusiv în cadrul noii Iniţiative privind creierul, trebuie să se focalizeze pe crearea de noi tehnologii care să permită măsurarea activităţii neuronale cu mai mare precizie şi explorarea modului în care comunică sistemul neuronal cu cel genomic.

Creierul face mai mult decât să ne dirijeze comportamentul. Acesta foloseşte experienţele noastre pentru a ne crea o percepţie coerentă a lumii. Această lume va fi unică pentru fiecare dintre noi, aşa cum unică este istoria personală, cu potenţialul de a fi luminoasă, întunecată ori plină cu umbre. Dacă vom deveni eficienţi în a înţelege codul creierul nostru, poate că vom învăţa să influenţăm procesele cerebrale, aducând "lumină" în universul individual al fiecăruia dintre noi.



Traducere şi adaptare după Brains work via their genes just as much as their neurons
Autorul articolului, Gene E Robinson, este director al Institutul pentru biologie genomică Carl R. Woese, Universitatea din Illinois, Urbana-Champaign