2013-09-24 05:00:10
Τα παιδιά μας μεγαλώνουν με μια χολιγουντιανή κουλτούρα που τα προετοιμάζει για ανθρώπους μεταλλαγμένους, υπεράνθρωπους ή... βρικόλακες. Και ενώ όλα αυτά υπήρχαν από παλιά ως αποκυήματα φαντασίας, τα τελευταία χρόνια έχουν χρισθεί «προβλέψεις επιστημονικής φαντασίας» και, πολύ πρόσφατα, επώνυμοι μελλοντολόγοι τα θεωρούν πιθανή εξέλιξη του είδους μας. Ο μέσος νους ταλανίζεται από αυτόν τον βομβαρδισμό επιστημονικοφανών «προσεχώς» και αποζητεί νησίδες ασφαλείας. «Το Βήμα» προσφέρει στους αναγνώστες του μια νηφάλια ματιά στο πού πραγματικά έχει φθάσει σήμερα η δυνατότητα παρέμβασης στον τρόπο με τον οποίο εξελισσόμαστε ως είδος. Το θέμα δεν εξαντλείται βέβαια σε λίγες σελίδες καθώς αφορά μια κοσμογονική αλλαγή εν εξελίξει, αλλά το άρθρο μας δίνει μια πρώτη χαρτογράφηση του νέου κόσμου της ανθρωπότητας παραθέτοντας επιτεύγματα όπως η ηλεκτρομαγνητική ακοή, η τηλεσκοπική όραση, η βιονική κόλλα, το σταμάτημα της απώλειας μνήμης και η ενίσχυσή της, το «παράθυρο στον εγκέφαλο», η καλλιέργεια εγκεφάλου στο εργαστήριο, η τηλεπικοινωνία εγκεφάλων και οι νοητικά ελεγχόμενοι εξωσκελετοί.
Μελλοντολόγοι, όπως ο διευθυντής τεχνολογίας της Google, Ray Kurzweil, μας έχουν προϊδεάσει για το πώς θα επιτελεσθεί ως τη δεκαετία του 2040 η πλήρης ζεύξη του οργανισμού του ανθρώπου με τα τεχνουργήματά του. Τώρα, μια ταινία του Χόλιγουντ - το Elysium, με τον Matt Damon - μας δίνει και την οπτικοποίησή της: Μηχανικός εξωσκελετός, εμφυτευμένος στο νευρικό μας σύστημα, θα πολλαπλασιάζει τις δυνάμεις μας, ενώ οι πληροφορίες που φωλιάζουν στον εγκέφαλό μας θα «ανεβοκατεβαίνουν» ως αρχεία σε υπολογιστές. Είναι όντως «εν τω γεννάσθαι» όλα αυτά και πρόκειται να τα βιώσει στην καθημερινότητά της η γενιά των «millenials»;
Η εξέλιξη της εξέλιξης
Η επιστημονική φαντασία έχει αρχίσει να πραγματώνεται: το είδος μας προχωρεί στον αυτοσχεδιασμό της εξέλιξής του
Στις 13 Σεπτεμβρίου 2013 οι απανταχού μηχανικοί είχαν κάθε δικαίωμα να νιώθουν δικαιωμένοι. Αποδείχθηκε ότι η φύση εξέλιξε γρανάζια όμοια με εκείνα που είχαν εφεύρει και εκείνοι. Οπως περιέγραψε στο περιοδικό «Science» (www.sciencemag.org/content/341/6151/1254) o καθηγητής ζωολογίας του Πανεπιστημίου Cambridge, Malcolm Burrows, το είδος Issus coleoptratus των ψύλλων των φυτών διαθέτει πίσω πόδια με οδοντωτά γρανάζια που «κλειδώνουν» προτού επιχειρήσουν άλμα. Αξίζει να δείτε το βίντεο στη διαδικτυακή www.youtube.com/watch?v=xQk-lP2R04Y/.
Τι σημαίνει αυτό το θαυμαστό εύρημα; Οτι ο έλλογος άνθρωπος (Homo Sapiens), έπειτα από μόλις 60.000 χρόνια εξέλιξης πολιτισμού, μπόρεσε να σχεδιάσει τεχνουργήματα που η φύση «εν σοφία εποίησεν» μέσω εξελικτικών δοκιμών εκατομμυρίων ετών. Οπότε - καταπώς θα έλεγε ο Kurzweil - είναι πλέον ορατή η προοπτική να «προσπεράσουμε» μελλοντικά τον σχεδιασμό της φύσης και να «παρέμβουμε δραστικά στην εξέλιξη»... αρχίζοντας από την εξέλιξη του δικού μας είδους! Με άλλα λόγια, ο μαθητευόμενος θεός που λέγεται άνθρωπος τολμά να επιχειρεί την αυθαίρετη βελτίωση των σωματικών και νοητικών του δυνατοτήτων, είτε ενισχύοντας τεχνητά τις βιολογικές του λειτουργίες ή επιβοηθώντας τις με πρόσθετα δικά του κατασκευάσματα.
Το κατά πόσον ένας τέτοιος στόχος συνιστά ύβριν και ολέθριο βήμα για την ανθρωπότητα είναι κάτι που απασχολεί φιλοσόφους, θεολόγους, κοινωνιολόγους και ψυχολόγους από τα χρόνια της πρώτης έκδοσης του «Φρανκενστάιν». Το καινοφανές όμως της εποχής μας είναι ότι τώρα πλέον τα βήματα παρέμβασης στην εξέλιξή μας είναι απτά και συνιστούν ήδη επιστήμη. Το όνομα αυτής: εμβιομηχανική (bioengineering, αγγλιστί). Διδάσκεται ήδη στα πανεπιστήμια, με κύριες συνιστώσες της τη μοριακή βιολογία, τη βιοχημεία, τη νευροχειρουργική, την πληροφορική, τη μικροηλεκτρονική και τη νανοτεχνολογία. Ξεκίνησε στην αρχή ως τομέας επικουρικός της ιατρικής και της βιολογίας. Ομως, αν όντως αναδειχθεί σε εργαλείο μετεξέλιξης του ανθρώπου, αυτή η σχέση επικουρίας θα αντιστραφεί.
Συνεργείο «Ο άνθρωπος»
Οι πρώτες αλλαγές ήρθαν ανύποπτα. Τεχνητά τμήματα των άκρων του ανθρωπίνου σώματος αναπτύχθηκαν, προκειμένου να αντιμετωπισθούν ακρωτηριασμοί από ατυχήματα ή ασθένειες. Η αναζήτηση μεθόδων «πλήρους αντιγραφής» των βιολογικών τμημάτων που υποκαθιστούσαν οδήγησε αφενός στην εύρεση υλικών ιστο-συμβατών και, αφετέρου, στην ανάπτυξη συστημάτων τρισδιάστατης μοντελοποίησης και εκτύπωσης των πρόσθετων στοιχείων. Οπως γνωρίζουν πολύ καλά πλέον οι χειρουργοί, για οποιοδήποτε οστό του ανθρώπου μπορεί πλέον να «παραγγελθεί το ανταλλακτικό του». Αλλά, είπαμε, αυτό ήταν μόνο η αρχή Ενόσω το προσδόκιμο ζωής του ανθρώπου αυξάνεται, αυξάνονται και οι ανάγκες του για αναπλήρωση των γερασμένων αισθητικών του αντιλήψεων. Πασίγνωστο θέμα για όσους έχουν ακουστικά στα αφτιά, ή γυαλιά πρεσβυωπίας στα μάτια. Τα τεχνητά αυτά βοηθήματα υπάρχουν από την εποχή τού... Σωκράτη, αλλά η εμβιομηχανική τα μετατρέπει τώρα σε υπερενισχυτές των αισθήσεών μας. Δείτε, για παράδειγμα, την ανακοίνωση για «βιονικά αφτιά, εκτυπωμένα τρισδιάστατα» που εμφανίστηκε την Πρωτομαγιά στο επιστημονικό περιοδικό NanoLetters(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl4007744): Ομάδα ερευνητών του αμερικανικού Πανεπιστημίου Princeton δόμησαν με 3D-εκτυπωτή ένα βιονικό αφτί ικανό να ανιχνεύει συχνότητες ένα εκατομμύριο φορές υψηλότερες από το φυσιολογικό εύρος της ακοής.
Το πρώτο βιονικό αφτί συνδυάζει κύτταρα και κύκλωμα για να μας δώσει ηλεκτρομαγνητική ακοή
Οχι, δεν πρόκειται ακόμη για κλινικό υποκατάστατο του κανονικού μας αφτιού. Είναι μεν ιστο-συμβατό (με εμφύτευση κυττάρων σε πλέγμα από ζελέ σιλικόνης) αλλά παραμένει για την ώρα ένα πείραμα εκτύπωσης βιολογικών κυττάρων μαζί με ηλεκτρονικά στοιχεία από νανοσωματίδια. Για να δομηθεί το τεχνητό αφτί, ο εκτυπωτής ψέκασε εναλλακτικά με τρία «μελάνια»: ένα μείγμα κυττάρων βόειου χόνδρου και κόλλας από υδρογέλη, ένα εναιώρημα νανοσωματιδίων αργύρου (για τον σχηματισμό του πηνίου και ηλεκτροδίων) και σιλικόνη που ενθυλακώνει τα ηλεκτρονικά. Αφού εκτυπωθεί, το τεχνητό αφτί λούζεται σε ζωμό θρεπτικών συστατικών, ώστε να αναπτυχθούν τα κύτταρα, να παράξουν κολλαγόνο και άλλα μόρια και να αντικαταστήσουν το αρχικό περιβάλλον τους με κανονικό χόνδρο.
Προς το παρόν, το βιονικό αφτί ανιχνεύει και μεταδίδει ραδιοσήματα, αλλά όχι ηχητικά κύματα. Ο επικεφαλής των ερευνητών Michael McAlpine δήλωσε ότι αυτή η λειτουργία μπορεί να προστεθεί μελλοντικά, με την ενσωμάτωση πιεζοηλεκτρικών υλικών που θα μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Αλλά αυτό είναι κάτι απλό, που γίνεται ήδη με τα γνωστά ακουστικά ενίσχυσης της ακοής. Εκείνο που δείχνει πραγματικά να ενδιαφέρει τον McAlpine είναι η παροχή μιας έκτης αίσθησης, αυτής τηςηλεκτρομαγνητικής ακοής. «Θα μας είναι επιθυμητή αυτή η επιπλέον αίσθηση» είπε «προκειμένου να επικοινωνούμε άμεσα με τα κινητά μας τηλέφωνα και τους υπολογιστές μας, χωρίς την ανάγκη κυμάτων ήχου».
Μάτια αετού
Τηλεφακός επαφής υπάρχει ήδη. Προσεχώς, η σύνδεσή του με κάμερα και υπολογιστή...
Τα γυαλιά όρασης και οι φακοί επαφής σαφώς είναι τεχνουργήματα που διορθώνουν την όρασή μας προς το φυσιολογικό, αλλά δεν την κάνουν καλύτερη από αυτό το όριο. Επίσης, δεν δίνουν λύση στην κύρια αιτία τύφλωσης των ηλικιωμένων, την ηλιακή εκφύλιση της ωχράς κηλίδος, καθόσον δεν μπορούν να αποκαταστήσουν την κεντρική όραση που χάνεται από τον κατεστραμμένο αμφιβληστροειδή.
Με ερέθισμα ακριβώς αυτή την αναπάντητη πάθηση, ομάδα ερευνητών από τις ΗΠΑ και την Ελβετία, υπό την ηγεσία του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο, δημιούργησε έναν λεπτό τηλεσκοπικό φακό επαφής που μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ κανονικής και μεγεθυσμένης όρασης. Στην εργασία τους, που δημοσιεύθηκε στις 27 Ιουνίου 2013 στο περιοδικό Optics Express(www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-21-13-15980), περιγράφεται ένας φακός πάχους 1,17 χιλιοστών που με την «κόρη του» βλέπει κανονικά, αλλά με τον εξωτερικό του δακτύλιο μεγεθύνει τα αντικείμενα 2,8 φορές. Για την εναλλαγή μεταξύ κανονικής και μεγεθυσμένης όρασης είναι αναγκαίο να φορά κανείς ένα ζευγάρι πολωτικά γυαλιά, όπως εκείνα της τρισδιάστατης τηλεόρασης. Οι υγροί κρύσταλλοι των γυαλιών αυτών πολώνονται ηλεκτρικά, ώστε να επιτρέπουν άλλοτε να περνά το φώς στην κεντρική περιοχή των φακών επαφής και άλλοτε στον περιφερειακό τους δακτύλιο. Βεβαίως, όλα αυτά σημαίνουν πως ο εν λόγω φακός δεν έχει τίποτε που να τον ενσωματώνει μόνιμα στον ανθρώπινο οργανισμό. Αλλά ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Joseph Ford, ευελπιστεί ότι μελλοντικά ο φακός θα προστίθεται στον αμφιβληστροειδή με εγχείρηση.
Βιονική κόλλα DNA
Καθαρά βιολογική παρέμβαση στο ανθρώπινο σώμα - αλλά και... παντού - συνιστά η εργασία που ανακοίνωσε στις 11 Σεπτεμβρίου 2013 (βλ.εδώ) μια άλλη ομάδα ερευνητών, από το Ινστιτούτο Wyss του Πανεπιστημίου Harvard. Κατόρθωσαν να φτιάξουν την πρώτη παγκοσμίως «προγραμματιζόμενη κόλλα DNA». Οπως δήλωσαν οι επικεφαλής καθηγητές, Peng Yin και Ali Khademhosseini, βρήκαν τρόπο αυτοσυναρμολόγησης πολύπλοκων δομών με τουβλάκια μικρότερα σε μέγεθος από κόκκο αλατιού. Η πρώτη κύρια εφαρμογή του θα μπορούσε να είναι η αναγέννηση της ανθρώπινης επιδερμίδας σε περιπτώσεις εγκαυμάτων.
Το εκπληκτικό με αυτή την κόλλα είναι ότι απαρτίζεται από DNA που καθοδηγεί «τουβλάκια ένυδρης γέλης» στο να στοιβάζονται το ένα δίπλα στο άλλο. Οι ζωντανοί οργανισμοί κατασκευάζουν τους ιστούς τους χρησιμοποιώντας μια παρόμοια στρατηγική, όπου διαφορετικοί τύποι κυττάρων στοιβάζονται σε λειτουργικά δομικά στοιχεία των ιστών. Για παράδειγμα, στο ήπαρ τα λειτουργικά δομικά στοιχεία είναι μικρές μονάδες ιστού που ονομάζεται λοβοί, ενώ στον μυϊκό ιστό τα λειτουργικά δομικά στοιχεία είναι μυϊκές ίνες.
Οι επιστήμονες προσπαθούσαν εδώ και χρόνια να μιμηθούν αυτόν τον μηχανισμό αναγέννησης που είχε βρει η φύση, αλλά τα «τουβλάκια» τους είχαν την κακή συνήθεια να κολλούν το ένα στο άλλο χωρίς τάξη. Και τότε... σκέφτηκαν τον μυστικό κώδικα του DNA: αποθηκεύει τη γενετική πληροφορία ως μια αλληλουχία τεσσάρων χημικών «γραμμάτων» - των νουκλεοτιδίων. Ενα κλωνάρι DNA προσκολλάται σφιχτά σε κάποιο άλλο μόνον εφόσον αυτό διαθέτει μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων συμπληρωματική του πρώτου. «Παίζοντας» με τη σειρά των χημικών γραμμάτων του DNA μπορεί κανείς να πάρει πλήθος συνδυασμών πράγμα που καθιστά την κόλλα εξαιρετικά «προγραμματιζόμενη».
Οι ερευνητές του Harvard χρησιμοποίησαν ένζυμα για να πολλαπλασιάσoυν ένα κομμάτι DNA και να δομήσουν ένα «γιγαντοDNA». Επικάλυψαν με αυτό το «γιγαντοDNA» κύβους υδρογέλης και διαπίστωσαν ότι όντως οι κύβοι δεν κολλούσαν πια μεταξύ τους αδιάκριτα, αλλά μόνο με κύβους επιτρεπτούς από το DNA. Δηλαδή, η επικάλυψη με «γιγαντοDNA» λειτουργούσε πλέον ως προγραμματιζόμενη κόλλα.
Η άμεση προβλεπόμενη εφαρμογή αυτής της κόλλας είναι να εγχέουμε με ένεση στο σώμα μας μικρά τούβλα υδρογέλης γεμιστά με ανθρώπινα κύτταρα. Τα τουβλάκια θα αυτοσυναρμολογούνται και, καθώς η υδρογέλη θα αποδομείται, τα κύτταρα θα στήνουν το πλεχτό τους για να σχηματίσουν λειτουργικό ιστό. Αλλά, εκτός από την αναγέννηση του δέρματος, η βιονική αυτή κόλλα προσφέρει ένα απίστευτο πεδίο εφαρμογών: «Θα μπορούσε να λειτουργήσει οπουδήποτε, σε όποιον τομέα θα θέλατε προγραμματιζόμενη κόλλα για συναρμολόγηση δομών ανώτερης τάξης, με μεγάλο έλεγχο επί της τελικής αρχιτεκτονικής τους - και αυτό είναι πολύ συναρπαστικό» δήλωσε ο Ali Khademhosseini. «Πέρα από χειρουργική κόλλα που θα δένει μαζί μόνο τους επιθυμητούς ιστούς, η προγραμματιζόμενη κόλλα DNA θα μπορούσε να συνδυαστεί με άλλα υλικά για να δημιουργήσει πλήθος μικροσκοπικών και αυτοσυναρμολογούμενων συσκευών, συμπεριλαμβανομένων φακών και μικροκυκλωμάτων που αναδιατάσσονται κατά το δοκούν» εξήγησε ο αναπληρωτής καθηγητής του Harvard-MIT.
Service μνήμης
Το να έχουμε μελλοντικά δέρμα που αυτοεπουλώνεται ή και ενισχύεται ώστε να είναι άτρωτο σε ακτινοβολίες ή ανταλλακτικά οργάνων και μελών που «εκτυπώνονται» από τρισδιάστατους εκτυπωτές ιστών και οστών... είναι σίγουρα τεράστια υπόθεση. Θα μας έδινε μακροζωία με χαρακτηριστικά ημίθεων της ελληνικής μυθολογίας. Αλλά μια τέτοια μακροζωία του σώματος θα μας ήταν ανώφελη αν το μυαλό μας και οι μνήμες του μας εγκατέλειπαν. Στην πραγματικότητα μετράει ακριβώς το αντίστροφο. Το μυαλό μας και οι μνήμες του είναι η μοναδική ταυτότητά μας, ενώ το σώμα μας υπάρχει απλώς ως «δοχείο του». Οποιοδήποτε λοιπόν όραμα εξελικτικής βελτιστοποίησης του ανθρώπου μέσω της εμβιομηχανικής θα ήταν μισερό αν δεν επικέντρωνε τις προσπάθειές του στον εγκέφαλο και τις λειτουργίες του.
Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το ότι ακόμη κι αν δεν πάσχουμε από κάποια εγκεφαλική πάθηση, τα γηρατειά φέρνουν συνήθως μαζί τους και την απώλεια μνήμης. Γιατί άραγε συμβαίνει αυτή και πώς θα μπορούσαμε να τη σταματήσουμε; Την απάντηση φαίνεται ότι βρήκε μια επταμελής ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Columbia (ανάμεσά τους και οι Ελληνες Ηλίας Παυλόπουλος και Στέλιος Κοσμίδης) με εργασία που δημοσίευσαν στο «Science Translational Medicine» της 28ης Αυγούστου 2013 (βλ. http://stm.sciencemag.org/content/5/200/200ra115). Επικεφαλής της ομάδας ήταν ο νομπελίστας φυσιολογίας του 2000, νευροψυχίατρος Eric Kandel.
Από τη νευρολογική σκοπιά, τόσο η νόσος Αλτσχάιμερ όσο και η λόγω ηλικίας απώλεια μνήμης αρχίζουν στον ιππόκαμπο του εγκεφάλου, μια δομή που εμπλέκεται στη μετατροπή των μνημών από βραχυπρόθεσμες σε μακροπρόθεσμες. Ομως η απώλεια μνήμης είναι διακριτή από εκείνη της νόσου Αλτσχάιμερ στο ότι επηρεάζει κυρίως το μέρος του ιππόκαμπου που ονομάζεται οδοντωτή έλικα. Σημαντικό σημείο της όλης έρευνας στο πεδίο είναι ότι τα πειραματόζωά μας - τα ποντίκια - δεν παθαίνουν ποτέ Αλτσχάιμερ, αλλά υφίστανται την ηλικιακή απώλεια μνήμης. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα μεγαλύτερα σε ηλικία ποντίκια παρουσίαζαν μείωση του γονιδίου της πρωτεΐνης RbAp48 στην οδοντωτή έλικα αντίστοιχη με εκείνη ανθρώπων που είχαν χάσει τη μνήμη τους. Στη συνέχεια, οι ερευνητές αποκατέστησαν την RbAp48 στα ποντίκια, προσβάλλοντάς τα με έναν ιό που περιείχε γενετικό υλικό ενίσχυσης της παραγωγής αυτής της πρωτεΐνης. Οταν τα επανέλεγξαν, η μνήμη τους ήταν σχεδόν τόσο καλή όσο και στα νεαρά ποντίκια.
Μέρος της τραγωδίας της νόσου Αλτσχάιμερ είναι ότι όταν πεθαίνουν τα κύτταρα του εγκεφάλου, δεν επιστρέφουν. Αντίθετα, στην περίπτωση της ηλικιακής απώλειας μνήμης, αντί να αντιμετωπίζουν πλήρη θάνατο, οι νευρώνες της οδοντωτής έλικας είναι «άρρωστοι» και απλά δεν επικοινωνούν σωστά. Το συγκεκριμένο ερευνητικό πείραμα απέδειξε πως θα μπορούσαν να «ξεκλειδωθούν» μέσω της επαναφοράς των φυσιολογικών επιπέδων της RbAp48, σώζοντας τις μνήμες μας από τον εκφυλισμό.
Στο άλλο άκρο της απώλειας μνήμης βρίσκεται η ενίσχυση της υπάρχουσας. Πασίγνωστο μεταξύ των φοιτητών είναι το φάρμακο Ritalin, που αυξάνει θεαματικά τις δυνατότητές τους αποστήθισης. Αλλά και ο ίδιος ο νομπελίστας Eric Kandel έχει ιδρύσει την εταιρεία Memory Pharmaceuticals, η οποία αναπτύσσει έναν ρυθμιστή υποδοχέων με κανάλι ασβεστίου που αυξάνει την ευαισθησία των νευρώνων και τους επιτρέπει να μεταδίδουν πληροφορίες πιο γρήγορα, καθώς και έναν ρυθμιστή υποδοχέων με νικοτίνη που παίζει ρόλο στην πλαστικότητα των συνάψεων. Και οι δύο αυτοί ρυθμιστές βελτιώνουν σημαντικά τη λειτουργία της μνήμης. Με την καταιγίδα πληροφοριών του διαδικτυωμένου πολιτισμού μας να βομβαρδίζει όλο και περισσότερο την ταλαίπωρη μνήμη μας, είναι περίπου βέβαιο πως τα επόμενα χρόνια θα γίνουμε όλοι μας χρήστες τέτοιων φαρμάκων μνήμης.
Διορθώνοντας τον εγκέφαλο
Εφόσον δεχθούμε ότι το κλειδί της τεχνητής επιτάχυνσης της εξέλιξης του ανθρώπινου είδους βρίσκεται στην εμβιομηχανική παρέμβασή μας στον ίδιο τον εγκέφαλο, ανακύπτει το ερώτημα πώς μπορείς να έχεις τον έλεγχο της παρέμβασης σε ένα τόσο κλειστό και σύνθετο «κύκλωμα».
Είναι κατανοητό από όλους μας ότι η ως σήμερα μορφή μιας τέτοιας παρέμβασης λαμβάνει χώρα είτε μέσω φαρμακευτικών ουσιών είτε μέσω εγχειρήσεων στον εγκέφαλο ή μέσω εμφυτευμάτων - κυρίως πίσω από το αφτί. Αλλά η μη εγχειρητική επόπτευση του «τι τρέχει στον εγκέφαλο» είναι εφικτή μόνο μέσω εγκεφαλογραφήματος (EEG, MEG) ή σάρωσης από τομογράφους (CAT, PET, fMRI). Αυτά... ως τις 3 Σεπτεμβρίου 2013, οπόταν ερευνητές του αμερικανικού Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Riverside παρουσίασαν το πρώτο «παράθυρο στον εγκέφαλο».
Πρόκειται για ένα εμφύτευμα κατασκευασμένο από το ίδιο κεραμικό υλικό που χρησιμοποιείται ήδη στα εμφυτεύματα ισχίου και τις οδοντιατρικές γέφυρες, τη ζιρκονία σταθεροποιημένη με ύττρια (YSZ). Η βασική διαφορά είναι ότι το υλικό του «παραθύρου» έχει υποβληθεί σε ειδική επεξεργασία ώστε να γίνει διαφανές. Καθόσον το YSZ έχει ήδη αποδειχτεί πως είναι καλά ανεκτό από τον οργανισμό μας, το νέο εμφύτευμα επιτρέπει τη χρήση του ως μόνιμου παραθύρου μέσω του οποίου οι γιατροί μπορούν να στοχεύουν με το λέιζερ για θεραπείες του εγκεφάλου, χωρίς να χρειάζεται να εκτελούν επαναλαμβανόμενες κρανιεκτομές.
Το ποιες θεραπείες θα επιτελούνται μέσω ενός τέτοιου παραθύρου φέρνει στο προσκήνιο και το ερώτημα πόσο καλά γνωρίζουμε τον τρόπο ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Μια συγκλονιστική εξέλιξη στο θέμα προέκυψε επίσης πρόσφατα - στις 28 Αυγούστου 2013 - όταν στο περιοδικό «Nature» ανακοινώθηκε η πρώτη καλλιέργεια εγκεφάλου στο εργαστήριο (βλ. www.nature.com/news/stem-cells-mimic-human-brain-1.13617). Μη βιαστείτε να φανταστείτε πλήρη εγκέφαλο κατηγορίας «Φρανκενστάιν». Πρόκειται για έναν κόμπο βλαστοκυττάρων μεγέθους μπιζελιού, όπου «με το σωστό μείγμα των θρεπτικών ουσιών και λίγο καλόπιασμα, δερματικά βλαστικά κύτταρα συναρμολογήθηκαν αυθόρμητα σε κομμάτια ιστού σαν του εγκεφάλου» λέει το άρθρο.
Τα «γράμματα του DNA» επιτρέπουν την έξυπνη συναρμολόγηση οργανικών αλλά και ανόργανων υλικών
Ερευνητές έχουν προσπαθήσει και στο παρελθόν να αναπτύξουν στρώματα ιστού παρόμοια με του εγκεφάλου. Ομως σε αυτή την τελευταία προσπάθεια οι επιστήμονες ανέπτυξαν μεγαλύτερη και πιο πολύπλοκη συστάδα νευρικού ιστού, με καλλιέργεια των βλαστικών κυττάρων σε ένα συνθετικό πήγμα (γέλη), που προσομοίαζε με τους συνδετικούς ιστούς που βρίσκονται στον εγκέφαλο. Στη συνέχεια βύθισαν τις εκκολαπτόμενες συστάδες σε ένα περιστρεφόμενο λουτρό για να ποτίσουν τον ιστό με θρεπτικά συστατικά και οξυγόνο. «Η μεγάλη έκπληξη ήταν ότι λειτούργησε» είπε ο ένας από τους συντάκτες της μελέτης, ο αναπτυξιακός βιολόγος στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιοτεχνολογίας της Βιέννης δρ Juergen Knoblich.
Οι αρχικές σταγόνες ιστού μεγάλωσαν σε σημείο που μοιάζουν με τον εγκέφαλο των εμβρύων στην ένατη εβδομάδα της ανάπτυξης. «Το οργανικό μας δημιούργημα είναι καλό ως μοντέλο ανάπτυξης του εγκεφάλου και ως αντικείμενο μελέτης τού τι προκαλεί κάποιο ελάττωμα στην ανάπτυξή του» εξήγησε ο Knoblich. «Τελικά θα θέλαμε να κινηθούμε προς τις πιο συχνές διαταραχές, όπως ο αυτισμός ή η σχιζοφρένεια. Η τελευταία εκδηλώνεται συνήθως μόνο σε ενηλίκους, αλλά έχει αποδειχθεί ότι οι υποκείμενες ανωμαλίες συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του εγκεφάλου» συμπλήρωσε.
Η τεχνική αυτή θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει τα ποντίκια στις έρευνες φαρμάκων, καθώς οι νέες θεραπείες θα μπορούν να δοκιμαστούν σε πραγματικό εγκεφαλικό ιστό. Η ερευνητική ομάδα της Βιέννης δεν πιστεύει ότι υπάρχουν ηθικά ζητήματα σε αυτό το στάδιο, αλλά ο δρ Knoblich είπε ότι δεν θα ήθελε να δει να αναπτύσσονται πολύ μεγαλύτεροι εγκέφαλοι, καθώς αυτό θα ήταν «ανεπιθύμητο».
Νοητική τηλεπικοινωνία
Την προηγούμενη ημέρα - 27 Αυγούστου 2013 - πέντε φοιτητές του Πανεπιστημίου Washington επέδειξαν με βίντεο στο Διαδίκτυο (www.youtube.com/watch?v=rNRDc714W5I) την πρώτη ασύρματη τηλεπικοινωνία... ανθρώπινων εγκεφάλων. Ο ένας φοιτητής φόρεσε ένα καπέλο με ηλεκτρόδια που ήταν συνδεδεμένα σε μηχάνημα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Επαιξε ένα βιντεοπαιχνίδι χωρίς να χρησιμοποιήσει τα χέρια του, χρησιμοποιώντας μόνο το μυαλό του. Με το να φαντάζεται ότι κινεί το δεξί του χέρι, ο δείκτης στην οθόνη του υπολογιστή μετακινούνταν. Εν τω μεταξύ, σε ένα άλλο εργαστήριο του πανεπιστημίου, ένας άλλος φοιτητής φόρεσε επίσης ένα σκουφάκι και ένα πηνίο διακρανιακής μαγνητικής διέγερσης τοποθετήθηκε πάνω από τον αριστερό κινητικό φλοιό του - το τμήμα του εγκεφάλου που ελέγχει την κίνηση του χεριού. Η ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου του πρώτου φοιτητή διαβάστηκε από το μηχάνημα του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, το οποίο έστειλε μέσω Διαδικτύου τα αντίστοιχα μηνύματα στον εγκέφαλο του δεύτερου φοιτητή, μέσω του πηνίου διέγερσης. Το σήμα ενεργοποίησε τους νευρώνες του και ώθησε το δεξί του χέρι να κάνει την κίνηση που είχε σκεφθεί ο πρώτος.
Της επίδειξης αυτής είχε προηγηθεί κατά μερικούς μήνες εργασία ερευνητών του Harvard (με τον Μανώλη Φιλανδριανό μέλος της) που είχε κατορθώσει επικοινωνία εγκεφάλων ανθρώπου - ποντικιού (βλ. www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0060410). Και οι δύο όμως εργασίες - όπως και όλες οι συναφείς - «πατούν» στα ίχνη που χάραξε από το 2003 ο βραζιλιάνος καθηγητής εμβιομηχανικής στο Πανεπιστήμιο Duke, Miguel Nicolelis, με τα πειράματά του τηλεκίνησης ρομποτικών βραχιόνων από εγκέφαλο πιθήκου.
Εφέτος τον Φεβρουάριο ο Nicolelis παρουσίασε αντίστοιχο πείραμα τηλεπικοινωνίαςμεταξύ αρουραίων (βλ. www.nature.com/srep/2013/130228/srep01319/full/srep01319.html), όπου όμως η επικοινωνία ήταν αμφίδρομη: ο αρουραίος που έστελνε το αρχικό σήμα άλλαζε τη λειτουργία του εγκεφάλου του και τη συμπεριφορά του όταν ο αρουραίος-λήπτης του σήματος δεν κινούσε τον σωστό μοχλό. Αυτό το είδος αμφίδρομης επικοινωνίας εγκεφάλων δεν έχει ακόμη επιτευχθεί μεταξύ ανθρώπων. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν είναι εφικτή.
Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη στα αρχικά της στάδια, όμως οι φοιτητές των πειραμάτων φαντάζονται πολλές πρακτικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, ένας επιβλέπων χειρουργός θα μπορούσε να ελέγξει τα χέρια του άλλου χειρουργού στη φάση της εκπαίδευσής του, κατά τη διάρκεια μιας εγχείρησης. Ή, ένα άτομο με ειδικές ανάγκες θα μπορούσε να μας σηματοδοτεί ότι του αρέσει το τάδε φαγητό, ή ένας πιλότος που χρειάζεται βοήθεια να καθοδηγείται από το έδαφος.
Μετά τις μακέτες, οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές τυπώνουν ήδη ανθρώπινα μέλη, όργανα και ιστούς
Το πώς γίνεται και πού μπορεί να φτάσει αυτή η «τηλεπάθεια» μπορείτε να το απολαύσετε παρακολουθώντας την ομιλία του Nicolelis στο TED(www.ted.com/talks/miguel_nicolelis_a_monkey_that_controls_a_robot_with_its_thoughts_no_really.html). Από το κείμενο της ομιλίας του - που παρέχεται μεταφρασμένο στα ελληνικά - ανθολογώ το εξής: «Αυτό που θέλουμε να κάνουμε είναι να δημιουργούμε μια παράκαμψη, να χρησιμοποιούμε αυτές τις διεπαφές εγκεφάλου - μηχανής για να διαβάζουμε αυτά τα σήματα... τις μεγάλης κλίμακας ιδεοκαταιγίδες που εμπεριέχουν την επιθυμία να κινηθεί το άτομο ξανά... να παρακάμπτουμε τη βλάβη χρησιμοποιώντας υπολογιστική μικρομηχανική και να στέλνουμε τα σήματα σε ένα καινούργιο σώμα, ένα ολόκληρο σώμα που ονομάζεται εξωσκελετός - μια ολόσωμη ρομποτική στολή που θα γίνει το καινούργιο σώμα αυτών των ασθενών».
Ο φόβος της δυστοπίας
Είτε μας αρέσει είτε όχι, η εμβιομηχανική παρέμβαση στην εξέλιξη του ανθρώπου συμβαίνει ήδη. Τα επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα την καθιστούν δυνατή και προχωρεί καλπάζοντας προτού καν το κοινωνιολογικό ή ηθικολογικό μας φίλτρο προλάβει να την αναλύσει. Η αντιμετώπισή της από τον κοινό νου παραπαίει μεταξύ της ελπίδας για λυτρωμό από ασθένειες, δυσμορφίες και άνοιες και του φόβου για απόλυτη ανελευθερία των επόμενων γενιών ανθρώπων, στα χέρια εκείνων που θα κατέχουν τα μυστικά σώματος, μνήμης και μυαλού τους. Η ταινία Elysium προβάλλει ακριβώς μια τέτοια δυστοπία, όπου οι κατέχοντες ζουν σε τεχνητό δορυφόρο της Γης, με συστήματα αυτόματης ίασης για πάσαν νόσον, ενώ οι μη έχοντες ζουν ως δουλοπάροικοι στον πλανήτη, χωρίς πρόσβαση σε τέτοιες θεραπείες.
Το σοκ προέρχεται από το συναίσθημα ότι «βαδίζουμε σε μονοπάτια πρωτόγνωρα». Αν σας παρηγορεί, μπορώ να πω ότι δεν είναι ακριβώς πρωτόγνωρα. Παρόμοια τεχνητή παρέμβαση στην εξέλιξη ενός είδους έχει διαπράξει ο άνθρωπος από τότε που υιοθέτησε για πρώτη φορά κάποια λυκόπουλα και τα έκανε κατοικίδιά του. Μέσω ευγονικών πειραματισμών, δημιούργησε τις δεκάδες ράτσες σκύλων που υπάρχουν τώρα γύρω μας. Αν είστε φιλόζωος, ίσως χαμογελάσετε τώρα, καθησυχασμένος. Ομως σας θυμίζω το μυστικό τού γιατί οι σκύλοι γαβγίζουν ενώ οι λύκοι όχι: ποτέ κανένας σκύλος, οσοδήποτε ενήλικος, δεν ξεπέρασε το στάδιο ωριμότητας του λυκόπουλου.
Καφαντάρης Τάσος - tovima
Μελλοντολόγοι, όπως ο διευθυντής τεχνολογίας της Google, Ray Kurzweil, μας έχουν προϊδεάσει για το πώς θα επιτελεσθεί ως τη δεκαετία του 2040 η πλήρης ζεύξη του οργανισμού του ανθρώπου με τα τεχνουργήματά του. Τώρα, μια ταινία του Χόλιγουντ - το Elysium, με τον Matt Damon - μας δίνει και την οπτικοποίησή της: Μηχανικός εξωσκελετός, εμφυτευμένος στο νευρικό μας σύστημα, θα πολλαπλασιάζει τις δυνάμεις μας, ενώ οι πληροφορίες που φωλιάζουν στον εγκέφαλό μας θα «ανεβοκατεβαίνουν» ως αρχεία σε υπολογιστές. Είναι όντως «εν τω γεννάσθαι» όλα αυτά και πρόκειται να τα βιώσει στην καθημερινότητά της η γενιά των «millenials»;
Η εξέλιξη της εξέλιξης
Η επιστημονική φαντασία έχει αρχίσει να πραγματώνεται: το είδος μας προχωρεί στον αυτοσχεδιασμό της εξέλιξής του
Στις 13 Σεπτεμβρίου 2013 οι απανταχού μηχανικοί είχαν κάθε δικαίωμα να νιώθουν δικαιωμένοι. Αποδείχθηκε ότι η φύση εξέλιξε γρανάζια όμοια με εκείνα που είχαν εφεύρει και εκείνοι. Οπως περιέγραψε στο περιοδικό «Science» (www.sciencemag.org/content/341/6151/1254) o καθηγητής ζωολογίας του Πανεπιστημίου Cambridge, Malcolm Burrows, το είδος Issus coleoptratus των ψύλλων των φυτών διαθέτει πίσω πόδια με οδοντωτά γρανάζια που «κλειδώνουν» προτού επιχειρήσουν άλμα. Αξίζει να δείτε το βίντεο στη διαδικτυακή www.youtube.com/watch?v=xQk-lP2R04Y/.
Τι σημαίνει αυτό το θαυμαστό εύρημα; Οτι ο έλλογος άνθρωπος (Homo Sapiens), έπειτα από μόλις 60.000 χρόνια εξέλιξης πολιτισμού, μπόρεσε να σχεδιάσει τεχνουργήματα που η φύση «εν σοφία εποίησεν» μέσω εξελικτικών δοκιμών εκατομμυρίων ετών. Οπότε - καταπώς θα έλεγε ο Kurzweil - είναι πλέον ορατή η προοπτική να «προσπεράσουμε» μελλοντικά τον σχεδιασμό της φύσης και να «παρέμβουμε δραστικά στην εξέλιξη»... αρχίζοντας από την εξέλιξη του δικού μας είδους! Με άλλα λόγια, ο μαθητευόμενος θεός που λέγεται άνθρωπος τολμά να επιχειρεί την αυθαίρετη βελτίωση των σωματικών και νοητικών του δυνατοτήτων, είτε ενισχύοντας τεχνητά τις βιολογικές του λειτουργίες ή επιβοηθώντας τις με πρόσθετα δικά του κατασκευάσματα.
Το κατά πόσον ένας τέτοιος στόχος συνιστά ύβριν και ολέθριο βήμα για την ανθρωπότητα είναι κάτι που απασχολεί φιλοσόφους, θεολόγους, κοινωνιολόγους και ψυχολόγους από τα χρόνια της πρώτης έκδοσης του «Φρανκενστάιν». Το καινοφανές όμως της εποχής μας είναι ότι τώρα πλέον τα βήματα παρέμβασης στην εξέλιξή μας είναι απτά και συνιστούν ήδη επιστήμη. Το όνομα αυτής: εμβιομηχανική (bioengineering, αγγλιστί). Διδάσκεται ήδη στα πανεπιστήμια, με κύριες συνιστώσες της τη μοριακή βιολογία, τη βιοχημεία, τη νευροχειρουργική, την πληροφορική, τη μικροηλεκτρονική και τη νανοτεχνολογία. Ξεκίνησε στην αρχή ως τομέας επικουρικός της ιατρικής και της βιολογίας. Ομως, αν όντως αναδειχθεί σε εργαλείο μετεξέλιξης του ανθρώπου, αυτή η σχέση επικουρίας θα αντιστραφεί.
Συνεργείο «Ο άνθρωπος»
Οι πρώτες αλλαγές ήρθαν ανύποπτα. Τεχνητά τμήματα των άκρων του ανθρωπίνου σώματος αναπτύχθηκαν, προκειμένου να αντιμετωπισθούν ακρωτηριασμοί από ατυχήματα ή ασθένειες. Η αναζήτηση μεθόδων «πλήρους αντιγραφής» των βιολογικών τμημάτων που υποκαθιστούσαν οδήγησε αφενός στην εύρεση υλικών ιστο-συμβατών και, αφετέρου, στην ανάπτυξη συστημάτων τρισδιάστατης μοντελοποίησης και εκτύπωσης των πρόσθετων στοιχείων. Οπως γνωρίζουν πολύ καλά πλέον οι χειρουργοί, για οποιοδήποτε οστό του ανθρώπου μπορεί πλέον να «παραγγελθεί το ανταλλακτικό του». Αλλά, είπαμε, αυτό ήταν μόνο η αρχή Ενόσω το προσδόκιμο ζωής του ανθρώπου αυξάνεται, αυξάνονται και οι ανάγκες του για αναπλήρωση των γερασμένων αισθητικών του αντιλήψεων. Πασίγνωστο θέμα για όσους έχουν ακουστικά στα αφτιά, ή γυαλιά πρεσβυωπίας στα μάτια. Τα τεχνητά αυτά βοηθήματα υπάρχουν από την εποχή τού... Σωκράτη, αλλά η εμβιομηχανική τα μετατρέπει τώρα σε υπερενισχυτές των αισθήσεών μας. Δείτε, για παράδειγμα, την ανακοίνωση για «βιονικά αφτιά, εκτυπωμένα τρισδιάστατα» που εμφανίστηκε την Πρωτομαγιά στο επιστημονικό περιοδικό NanoLetters(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl4007744): Ομάδα ερευνητών του αμερικανικού Πανεπιστημίου Princeton δόμησαν με 3D-εκτυπωτή ένα βιονικό αφτί ικανό να ανιχνεύει συχνότητες ένα εκατομμύριο φορές υψηλότερες από το φυσιολογικό εύρος της ακοής.
Το πρώτο βιονικό αφτί συνδυάζει κύτταρα και κύκλωμα για να μας δώσει ηλεκτρομαγνητική ακοή
Οχι, δεν πρόκειται ακόμη για κλινικό υποκατάστατο του κανονικού μας αφτιού. Είναι μεν ιστο-συμβατό (με εμφύτευση κυττάρων σε πλέγμα από ζελέ σιλικόνης) αλλά παραμένει για την ώρα ένα πείραμα εκτύπωσης βιολογικών κυττάρων μαζί με ηλεκτρονικά στοιχεία από νανοσωματίδια. Για να δομηθεί το τεχνητό αφτί, ο εκτυπωτής ψέκασε εναλλακτικά με τρία «μελάνια»: ένα μείγμα κυττάρων βόειου χόνδρου και κόλλας από υδρογέλη, ένα εναιώρημα νανοσωματιδίων αργύρου (για τον σχηματισμό του πηνίου και ηλεκτροδίων) και σιλικόνη που ενθυλακώνει τα ηλεκτρονικά. Αφού εκτυπωθεί, το τεχνητό αφτί λούζεται σε ζωμό θρεπτικών συστατικών, ώστε να αναπτυχθούν τα κύτταρα, να παράξουν κολλαγόνο και άλλα μόρια και να αντικαταστήσουν το αρχικό περιβάλλον τους με κανονικό χόνδρο.
Προς το παρόν, το βιονικό αφτί ανιχνεύει και μεταδίδει ραδιοσήματα, αλλά όχι ηχητικά κύματα. Ο επικεφαλής των ερευνητών Michael McAlpine δήλωσε ότι αυτή η λειτουργία μπορεί να προστεθεί μελλοντικά, με την ενσωμάτωση πιεζοηλεκτρικών υλικών που θα μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Αλλά αυτό είναι κάτι απλό, που γίνεται ήδη με τα γνωστά ακουστικά ενίσχυσης της ακοής. Εκείνο που δείχνει πραγματικά να ενδιαφέρει τον McAlpine είναι η παροχή μιας έκτης αίσθησης, αυτής τηςηλεκτρομαγνητικής ακοής. «Θα μας είναι επιθυμητή αυτή η επιπλέον αίσθηση» είπε «προκειμένου να επικοινωνούμε άμεσα με τα κινητά μας τηλέφωνα και τους υπολογιστές μας, χωρίς την ανάγκη κυμάτων ήχου».
Μάτια αετού
Τηλεφακός επαφής υπάρχει ήδη. Προσεχώς, η σύνδεσή του με κάμερα και υπολογιστή...
Τα γυαλιά όρασης και οι φακοί επαφής σαφώς είναι τεχνουργήματα που διορθώνουν την όρασή μας προς το φυσιολογικό, αλλά δεν την κάνουν καλύτερη από αυτό το όριο. Επίσης, δεν δίνουν λύση στην κύρια αιτία τύφλωσης των ηλικιωμένων, την ηλιακή εκφύλιση της ωχράς κηλίδος, καθόσον δεν μπορούν να αποκαταστήσουν την κεντρική όραση που χάνεται από τον κατεστραμμένο αμφιβληστροειδή.
Με ερέθισμα ακριβώς αυτή την αναπάντητη πάθηση, ομάδα ερευνητών από τις ΗΠΑ και την Ελβετία, υπό την ηγεσία του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο, δημιούργησε έναν λεπτό τηλεσκοπικό φακό επαφής που μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ κανονικής και μεγεθυσμένης όρασης. Στην εργασία τους, που δημοσιεύθηκε στις 27 Ιουνίου 2013 στο περιοδικό Optics Express(www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-21-13-15980), περιγράφεται ένας φακός πάχους 1,17 χιλιοστών που με την «κόρη του» βλέπει κανονικά, αλλά με τον εξωτερικό του δακτύλιο μεγεθύνει τα αντικείμενα 2,8 φορές. Για την εναλλαγή μεταξύ κανονικής και μεγεθυσμένης όρασης είναι αναγκαίο να φορά κανείς ένα ζευγάρι πολωτικά γυαλιά, όπως εκείνα της τρισδιάστατης τηλεόρασης. Οι υγροί κρύσταλλοι των γυαλιών αυτών πολώνονται ηλεκτρικά, ώστε να επιτρέπουν άλλοτε να περνά το φώς στην κεντρική περιοχή των φακών επαφής και άλλοτε στον περιφερειακό τους δακτύλιο. Βεβαίως, όλα αυτά σημαίνουν πως ο εν λόγω φακός δεν έχει τίποτε που να τον ενσωματώνει μόνιμα στον ανθρώπινο οργανισμό. Αλλά ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Joseph Ford, ευελπιστεί ότι μελλοντικά ο φακός θα προστίθεται στον αμφιβληστροειδή με εγχείρηση.
Βιονική κόλλα DNA
Καθαρά βιολογική παρέμβαση στο ανθρώπινο σώμα - αλλά και... παντού - συνιστά η εργασία που ανακοίνωσε στις 11 Σεπτεμβρίου 2013 (βλ.εδώ) μια άλλη ομάδα ερευνητών, από το Ινστιτούτο Wyss του Πανεπιστημίου Harvard. Κατόρθωσαν να φτιάξουν την πρώτη παγκοσμίως «προγραμματιζόμενη κόλλα DNA». Οπως δήλωσαν οι επικεφαλής καθηγητές, Peng Yin και Ali Khademhosseini, βρήκαν τρόπο αυτοσυναρμολόγησης πολύπλοκων δομών με τουβλάκια μικρότερα σε μέγεθος από κόκκο αλατιού. Η πρώτη κύρια εφαρμογή του θα μπορούσε να είναι η αναγέννηση της ανθρώπινης επιδερμίδας σε περιπτώσεις εγκαυμάτων.
Το εκπληκτικό με αυτή την κόλλα είναι ότι απαρτίζεται από DNA που καθοδηγεί «τουβλάκια ένυδρης γέλης» στο να στοιβάζονται το ένα δίπλα στο άλλο. Οι ζωντανοί οργανισμοί κατασκευάζουν τους ιστούς τους χρησιμοποιώντας μια παρόμοια στρατηγική, όπου διαφορετικοί τύποι κυττάρων στοιβάζονται σε λειτουργικά δομικά στοιχεία των ιστών. Για παράδειγμα, στο ήπαρ τα λειτουργικά δομικά στοιχεία είναι μικρές μονάδες ιστού που ονομάζεται λοβοί, ενώ στον μυϊκό ιστό τα λειτουργικά δομικά στοιχεία είναι μυϊκές ίνες.
Οι επιστήμονες προσπαθούσαν εδώ και χρόνια να μιμηθούν αυτόν τον μηχανισμό αναγέννησης που είχε βρει η φύση, αλλά τα «τουβλάκια» τους είχαν την κακή συνήθεια να κολλούν το ένα στο άλλο χωρίς τάξη. Και τότε... σκέφτηκαν τον μυστικό κώδικα του DNA: αποθηκεύει τη γενετική πληροφορία ως μια αλληλουχία τεσσάρων χημικών «γραμμάτων» - των νουκλεοτιδίων. Ενα κλωνάρι DNA προσκολλάται σφιχτά σε κάποιο άλλο μόνον εφόσον αυτό διαθέτει μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων συμπληρωματική του πρώτου. «Παίζοντας» με τη σειρά των χημικών γραμμάτων του DNA μπορεί κανείς να πάρει πλήθος συνδυασμών πράγμα που καθιστά την κόλλα εξαιρετικά «προγραμματιζόμενη».
Οι ερευνητές του Harvard χρησιμοποίησαν ένζυμα για να πολλαπλασιάσoυν ένα κομμάτι DNA και να δομήσουν ένα «γιγαντοDNA». Επικάλυψαν με αυτό το «γιγαντοDNA» κύβους υδρογέλης και διαπίστωσαν ότι όντως οι κύβοι δεν κολλούσαν πια μεταξύ τους αδιάκριτα, αλλά μόνο με κύβους επιτρεπτούς από το DNA. Δηλαδή, η επικάλυψη με «γιγαντοDNA» λειτουργούσε πλέον ως προγραμματιζόμενη κόλλα.
Η άμεση προβλεπόμενη εφαρμογή αυτής της κόλλας είναι να εγχέουμε με ένεση στο σώμα μας μικρά τούβλα υδρογέλης γεμιστά με ανθρώπινα κύτταρα. Τα τουβλάκια θα αυτοσυναρμολογούνται και, καθώς η υδρογέλη θα αποδομείται, τα κύτταρα θα στήνουν το πλεχτό τους για να σχηματίσουν λειτουργικό ιστό. Αλλά, εκτός από την αναγέννηση του δέρματος, η βιονική αυτή κόλλα προσφέρει ένα απίστευτο πεδίο εφαρμογών: «Θα μπορούσε να λειτουργήσει οπουδήποτε, σε όποιον τομέα θα θέλατε προγραμματιζόμενη κόλλα για συναρμολόγηση δομών ανώτερης τάξης, με μεγάλο έλεγχο επί της τελικής αρχιτεκτονικής τους - και αυτό είναι πολύ συναρπαστικό» δήλωσε ο Ali Khademhosseini. «Πέρα από χειρουργική κόλλα που θα δένει μαζί μόνο τους επιθυμητούς ιστούς, η προγραμματιζόμενη κόλλα DNA θα μπορούσε να συνδυαστεί με άλλα υλικά για να δημιουργήσει πλήθος μικροσκοπικών και αυτοσυναρμολογούμενων συσκευών, συμπεριλαμβανομένων φακών και μικροκυκλωμάτων που αναδιατάσσονται κατά το δοκούν» εξήγησε ο αναπληρωτής καθηγητής του Harvard-MIT.
Service μνήμης
Το να έχουμε μελλοντικά δέρμα που αυτοεπουλώνεται ή και ενισχύεται ώστε να είναι άτρωτο σε ακτινοβολίες ή ανταλλακτικά οργάνων και μελών που «εκτυπώνονται» από τρισδιάστατους εκτυπωτές ιστών και οστών... είναι σίγουρα τεράστια υπόθεση. Θα μας έδινε μακροζωία με χαρακτηριστικά ημίθεων της ελληνικής μυθολογίας. Αλλά μια τέτοια μακροζωία του σώματος θα μας ήταν ανώφελη αν το μυαλό μας και οι μνήμες του μας εγκατέλειπαν. Στην πραγματικότητα μετράει ακριβώς το αντίστροφο. Το μυαλό μας και οι μνήμες του είναι η μοναδική ταυτότητά μας, ενώ το σώμα μας υπάρχει απλώς ως «δοχείο του». Οποιοδήποτε λοιπόν όραμα εξελικτικής βελτιστοποίησης του ανθρώπου μέσω της εμβιομηχανικής θα ήταν μισερό αν δεν επικέντρωνε τις προσπάθειές του στον εγκέφαλο και τις λειτουργίες του.
Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το ότι ακόμη κι αν δεν πάσχουμε από κάποια εγκεφαλική πάθηση, τα γηρατειά φέρνουν συνήθως μαζί τους και την απώλεια μνήμης. Γιατί άραγε συμβαίνει αυτή και πώς θα μπορούσαμε να τη σταματήσουμε; Την απάντηση φαίνεται ότι βρήκε μια επταμελής ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Columbia (ανάμεσά τους και οι Ελληνες Ηλίας Παυλόπουλος και Στέλιος Κοσμίδης) με εργασία που δημοσίευσαν στο «Science Translational Medicine» της 28ης Αυγούστου 2013 (βλ. http://stm.sciencemag.org/content/5/200/200ra115). Επικεφαλής της ομάδας ήταν ο νομπελίστας φυσιολογίας του 2000, νευροψυχίατρος Eric Kandel.
Από τη νευρολογική σκοπιά, τόσο η νόσος Αλτσχάιμερ όσο και η λόγω ηλικίας απώλεια μνήμης αρχίζουν στον ιππόκαμπο του εγκεφάλου, μια δομή που εμπλέκεται στη μετατροπή των μνημών από βραχυπρόθεσμες σε μακροπρόθεσμες. Ομως η απώλεια μνήμης είναι διακριτή από εκείνη της νόσου Αλτσχάιμερ στο ότι επηρεάζει κυρίως το μέρος του ιππόκαμπου που ονομάζεται οδοντωτή έλικα. Σημαντικό σημείο της όλης έρευνας στο πεδίο είναι ότι τα πειραματόζωά μας - τα ποντίκια - δεν παθαίνουν ποτέ Αλτσχάιμερ, αλλά υφίστανται την ηλικιακή απώλεια μνήμης. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα μεγαλύτερα σε ηλικία ποντίκια παρουσίαζαν μείωση του γονιδίου της πρωτεΐνης RbAp48 στην οδοντωτή έλικα αντίστοιχη με εκείνη ανθρώπων που είχαν χάσει τη μνήμη τους. Στη συνέχεια, οι ερευνητές αποκατέστησαν την RbAp48 στα ποντίκια, προσβάλλοντάς τα με έναν ιό που περιείχε γενετικό υλικό ενίσχυσης της παραγωγής αυτής της πρωτεΐνης. Οταν τα επανέλεγξαν, η μνήμη τους ήταν σχεδόν τόσο καλή όσο και στα νεαρά ποντίκια.
Μέρος της τραγωδίας της νόσου Αλτσχάιμερ είναι ότι όταν πεθαίνουν τα κύτταρα του εγκεφάλου, δεν επιστρέφουν. Αντίθετα, στην περίπτωση της ηλικιακής απώλειας μνήμης, αντί να αντιμετωπίζουν πλήρη θάνατο, οι νευρώνες της οδοντωτής έλικας είναι «άρρωστοι» και απλά δεν επικοινωνούν σωστά. Το συγκεκριμένο ερευνητικό πείραμα απέδειξε πως θα μπορούσαν να «ξεκλειδωθούν» μέσω της επαναφοράς των φυσιολογικών επιπέδων της RbAp48, σώζοντας τις μνήμες μας από τον εκφυλισμό.
Στο άλλο άκρο της απώλειας μνήμης βρίσκεται η ενίσχυση της υπάρχουσας. Πασίγνωστο μεταξύ των φοιτητών είναι το φάρμακο Ritalin, που αυξάνει θεαματικά τις δυνατότητές τους αποστήθισης. Αλλά και ο ίδιος ο νομπελίστας Eric Kandel έχει ιδρύσει την εταιρεία Memory Pharmaceuticals, η οποία αναπτύσσει έναν ρυθμιστή υποδοχέων με κανάλι ασβεστίου που αυξάνει την ευαισθησία των νευρώνων και τους επιτρέπει να μεταδίδουν πληροφορίες πιο γρήγορα, καθώς και έναν ρυθμιστή υποδοχέων με νικοτίνη που παίζει ρόλο στην πλαστικότητα των συνάψεων. Και οι δύο αυτοί ρυθμιστές βελτιώνουν σημαντικά τη λειτουργία της μνήμης. Με την καταιγίδα πληροφοριών του διαδικτυωμένου πολιτισμού μας να βομβαρδίζει όλο και περισσότερο την ταλαίπωρη μνήμη μας, είναι περίπου βέβαιο πως τα επόμενα χρόνια θα γίνουμε όλοι μας χρήστες τέτοιων φαρμάκων μνήμης.
Διορθώνοντας τον εγκέφαλο
Εφόσον δεχθούμε ότι το κλειδί της τεχνητής επιτάχυνσης της εξέλιξης του ανθρώπινου είδους βρίσκεται στην εμβιομηχανική παρέμβασή μας στον ίδιο τον εγκέφαλο, ανακύπτει το ερώτημα πώς μπορείς να έχεις τον έλεγχο της παρέμβασης σε ένα τόσο κλειστό και σύνθετο «κύκλωμα».
Είναι κατανοητό από όλους μας ότι η ως σήμερα μορφή μιας τέτοιας παρέμβασης λαμβάνει χώρα είτε μέσω φαρμακευτικών ουσιών είτε μέσω εγχειρήσεων στον εγκέφαλο ή μέσω εμφυτευμάτων - κυρίως πίσω από το αφτί. Αλλά η μη εγχειρητική επόπτευση του «τι τρέχει στον εγκέφαλο» είναι εφικτή μόνο μέσω εγκεφαλογραφήματος (EEG, MEG) ή σάρωσης από τομογράφους (CAT, PET, fMRI). Αυτά... ως τις 3 Σεπτεμβρίου 2013, οπόταν ερευνητές του αμερικανικού Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Riverside παρουσίασαν το πρώτο «παράθυρο στον εγκέφαλο».
Πρόκειται για ένα εμφύτευμα κατασκευασμένο από το ίδιο κεραμικό υλικό που χρησιμοποιείται ήδη στα εμφυτεύματα ισχίου και τις οδοντιατρικές γέφυρες, τη ζιρκονία σταθεροποιημένη με ύττρια (YSZ). Η βασική διαφορά είναι ότι το υλικό του «παραθύρου» έχει υποβληθεί σε ειδική επεξεργασία ώστε να γίνει διαφανές. Καθόσον το YSZ έχει ήδη αποδειχτεί πως είναι καλά ανεκτό από τον οργανισμό μας, το νέο εμφύτευμα επιτρέπει τη χρήση του ως μόνιμου παραθύρου μέσω του οποίου οι γιατροί μπορούν να στοχεύουν με το λέιζερ για θεραπείες του εγκεφάλου, χωρίς να χρειάζεται να εκτελούν επαναλαμβανόμενες κρανιεκτομές.
Το ποιες θεραπείες θα επιτελούνται μέσω ενός τέτοιου παραθύρου φέρνει στο προσκήνιο και το ερώτημα πόσο καλά γνωρίζουμε τον τρόπο ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Μια συγκλονιστική εξέλιξη στο θέμα προέκυψε επίσης πρόσφατα - στις 28 Αυγούστου 2013 - όταν στο περιοδικό «Nature» ανακοινώθηκε η πρώτη καλλιέργεια εγκεφάλου στο εργαστήριο (βλ. www.nature.com/news/stem-cells-mimic-human-brain-1.13617). Μη βιαστείτε να φανταστείτε πλήρη εγκέφαλο κατηγορίας «Φρανκενστάιν». Πρόκειται για έναν κόμπο βλαστοκυττάρων μεγέθους μπιζελιού, όπου «με το σωστό μείγμα των θρεπτικών ουσιών και λίγο καλόπιασμα, δερματικά βλαστικά κύτταρα συναρμολογήθηκαν αυθόρμητα σε κομμάτια ιστού σαν του εγκεφάλου» λέει το άρθρο.
Τα «γράμματα του DNA» επιτρέπουν την έξυπνη συναρμολόγηση οργανικών αλλά και ανόργανων υλικών
Ερευνητές έχουν προσπαθήσει και στο παρελθόν να αναπτύξουν στρώματα ιστού παρόμοια με του εγκεφάλου. Ομως σε αυτή την τελευταία προσπάθεια οι επιστήμονες ανέπτυξαν μεγαλύτερη και πιο πολύπλοκη συστάδα νευρικού ιστού, με καλλιέργεια των βλαστικών κυττάρων σε ένα συνθετικό πήγμα (γέλη), που προσομοίαζε με τους συνδετικούς ιστούς που βρίσκονται στον εγκέφαλο. Στη συνέχεια βύθισαν τις εκκολαπτόμενες συστάδες σε ένα περιστρεφόμενο λουτρό για να ποτίσουν τον ιστό με θρεπτικά συστατικά και οξυγόνο. «Η μεγάλη έκπληξη ήταν ότι λειτούργησε» είπε ο ένας από τους συντάκτες της μελέτης, ο αναπτυξιακός βιολόγος στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιοτεχνολογίας της Βιέννης δρ Juergen Knoblich.
Οι αρχικές σταγόνες ιστού μεγάλωσαν σε σημείο που μοιάζουν με τον εγκέφαλο των εμβρύων στην ένατη εβδομάδα της ανάπτυξης. «Το οργανικό μας δημιούργημα είναι καλό ως μοντέλο ανάπτυξης του εγκεφάλου και ως αντικείμενο μελέτης τού τι προκαλεί κάποιο ελάττωμα στην ανάπτυξή του» εξήγησε ο Knoblich. «Τελικά θα θέλαμε να κινηθούμε προς τις πιο συχνές διαταραχές, όπως ο αυτισμός ή η σχιζοφρένεια. Η τελευταία εκδηλώνεται συνήθως μόνο σε ενηλίκους, αλλά έχει αποδειχθεί ότι οι υποκείμενες ανωμαλίες συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του εγκεφάλου» συμπλήρωσε.
Η τεχνική αυτή θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει τα ποντίκια στις έρευνες φαρμάκων, καθώς οι νέες θεραπείες θα μπορούν να δοκιμαστούν σε πραγματικό εγκεφαλικό ιστό. Η ερευνητική ομάδα της Βιέννης δεν πιστεύει ότι υπάρχουν ηθικά ζητήματα σε αυτό το στάδιο, αλλά ο δρ Knoblich είπε ότι δεν θα ήθελε να δει να αναπτύσσονται πολύ μεγαλύτεροι εγκέφαλοι, καθώς αυτό θα ήταν «ανεπιθύμητο».
Νοητική τηλεπικοινωνία
Την προηγούμενη ημέρα - 27 Αυγούστου 2013 - πέντε φοιτητές του Πανεπιστημίου Washington επέδειξαν με βίντεο στο Διαδίκτυο (www.youtube.com/watch?v=rNRDc714W5I) την πρώτη ασύρματη τηλεπικοινωνία... ανθρώπινων εγκεφάλων. Ο ένας φοιτητής φόρεσε ένα καπέλο με ηλεκτρόδια που ήταν συνδεδεμένα σε μηχάνημα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Επαιξε ένα βιντεοπαιχνίδι χωρίς να χρησιμοποιήσει τα χέρια του, χρησιμοποιώντας μόνο το μυαλό του. Με το να φαντάζεται ότι κινεί το δεξί του χέρι, ο δείκτης στην οθόνη του υπολογιστή μετακινούνταν. Εν τω μεταξύ, σε ένα άλλο εργαστήριο του πανεπιστημίου, ένας άλλος φοιτητής φόρεσε επίσης ένα σκουφάκι και ένα πηνίο διακρανιακής μαγνητικής διέγερσης τοποθετήθηκε πάνω από τον αριστερό κινητικό φλοιό του - το τμήμα του εγκεφάλου που ελέγχει την κίνηση του χεριού. Η ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου του πρώτου φοιτητή διαβάστηκε από το μηχάνημα του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, το οποίο έστειλε μέσω Διαδικτύου τα αντίστοιχα μηνύματα στον εγκέφαλο του δεύτερου φοιτητή, μέσω του πηνίου διέγερσης. Το σήμα ενεργοποίησε τους νευρώνες του και ώθησε το δεξί του χέρι να κάνει την κίνηση που είχε σκεφθεί ο πρώτος.
Της επίδειξης αυτής είχε προηγηθεί κατά μερικούς μήνες εργασία ερευνητών του Harvard (με τον Μανώλη Φιλανδριανό μέλος της) που είχε κατορθώσει επικοινωνία εγκεφάλων ανθρώπου - ποντικιού (βλ. www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0060410). Και οι δύο όμως εργασίες - όπως και όλες οι συναφείς - «πατούν» στα ίχνη που χάραξε από το 2003 ο βραζιλιάνος καθηγητής εμβιομηχανικής στο Πανεπιστήμιο Duke, Miguel Nicolelis, με τα πειράματά του τηλεκίνησης ρομποτικών βραχιόνων από εγκέφαλο πιθήκου.
Εφέτος τον Φεβρουάριο ο Nicolelis παρουσίασε αντίστοιχο πείραμα τηλεπικοινωνίαςμεταξύ αρουραίων (βλ. www.nature.com/srep/2013/130228/srep01319/full/srep01319.html), όπου όμως η επικοινωνία ήταν αμφίδρομη: ο αρουραίος που έστελνε το αρχικό σήμα άλλαζε τη λειτουργία του εγκεφάλου του και τη συμπεριφορά του όταν ο αρουραίος-λήπτης του σήματος δεν κινούσε τον σωστό μοχλό. Αυτό το είδος αμφίδρομης επικοινωνίας εγκεφάλων δεν έχει ακόμη επιτευχθεί μεταξύ ανθρώπων. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν είναι εφικτή.
Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη στα αρχικά της στάδια, όμως οι φοιτητές των πειραμάτων φαντάζονται πολλές πρακτικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, ένας επιβλέπων χειρουργός θα μπορούσε να ελέγξει τα χέρια του άλλου χειρουργού στη φάση της εκπαίδευσής του, κατά τη διάρκεια μιας εγχείρησης. Ή, ένα άτομο με ειδικές ανάγκες θα μπορούσε να μας σηματοδοτεί ότι του αρέσει το τάδε φαγητό, ή ένας πιλότος που χρειάζεται βοήθεια να καθοδηγείται από το έδαφος.
Μετά τις μακέτες, οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές τυπώνουν ήδη ανθρώπινα μέλη, όργανα και ιστούς
Το πώς γίνεται και πού μπορεί να φτάσει αυτή η «τηλεπάθεια» μπορείτε να το απολαύσετε παρακολουθώντας την ομιλία του Nicolelis στο TED(www.ted.com/talks/miguel_nicolelis_a_monkey_that_controls_a_robot_with_its_thoughts_no_really.html). Από το κείμενο της ομιλίας του - που παρέχεται μεταφρασμένο στα ελληνικά - ανθολογώ το εξής: «Αυτό που θέλουμε να κάνουμε είναι να δημιουργούμε μια παράκαμψη, να χρησιμοποιούμε αυτές τις διεπαφές εγκεφάλου - μηχανής για να διαβάζουμε αυτά τα σήματα... τις μεγάλης κλίμακας ιδεοκαταιγίδες που εμπεριέχουν την επιθυμία να κινηθεί το άτομο ξανά... να παρακάμπτουμε τη βλάβη χρησιμοποιώντας υπολογιστική μικρομηχανική και να στέλνουμε τα σήματα σε ένα καινούργιο σώμα, ένα ολόκληρο σώμα που ονομάζεται εξωσκελετός - μια ολόσωμη ρομποτική στολή που θα γίνει το καινούργιο σώμα αυτών των ασθενών».
Ο φόβος της δυστοπίας
Είτε μας αρέσει είτε όχι, η εμβιομηχανική παρέμβαση στην εξέλιξη του ανθρώπου συμβαίνει ήδη. Τα επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα την καθιστούν δυνατή και προχωρεί καλπάζοντας προτού καν το κοινωνιολογικό ή ηθικολογικό μας φίλτρο προλάβει να την αναλύσει. Η αντιμετώπισή της από τον κοινό νου παραπαίει μεταξύ της ελπίδας για λυτρωμό από ασθένειες, δυσμορφίες και άνοιες και του φόβου για απόλυτη ανελευθερία των επόμενων γενιών ανθρώπων, στα χέρια εκείνων που θα κατέχουν τα μυστικά σώματος, μνήμης και μυαλού τους. Η ταινία Elysium προβάλλει ακριβώς μια τέτοια δυστοπία, όπου οι κατέχοντες ζουν σε τεχνητό δορυφόρο της Γης, με συστήματα αυτόματης ίασης για πάσαν νόσον, ενώ οι μη έχοντες ζουν ως δουλοπάροικοι στον πλανήτη, χωρίς πρόσβαση σε τέτοιες θεραπείες.
Το σοκ προέρχεται από το συναίσθημα ότι «βαδίζουμε σε μονοπάτια πρωτόγνωρα». Αν σας παρηγορεί, μπορώ να πω ότι δεν είναι ακριβώς πρωτόγνωρα. Παρόμοια τεχνητή παρέμβαση στην εξέλιξη ενός είδους έχει διαπράξει ο άνθρωπος από τότε που υιοθέτησε για πρώτη φορά κάποια λυκόπουλα και τα έκανε κατοικίδιά του. Μέσω ευγονικών πειραματισμών, δημιούργησε τις δεκάδες ράτσες σκύλων που υπάρχουν τώρα γύρω μας. Αν είστε φιλόζωος, ίσως χαμογελάσετε τώρα, καθησυχασμένος. Ομως σας θυμίζω το μυστικό τού γιατί οι σκύλοι γαβγίζουν ενώ οι λύκοι όχι: ποτέ κανένας σκύλος, οσοδήποτε ενήλικος, δεν ξεπέρασε το στάδιο ωριμότητας του λυκόπουλου.
Καφαντάρης Τάσος - tovima
ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Εκτός για 15 ημέρες ο Μασάντο
ΕΠΟΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Σημάδια αναθέρμανσης της επενδυτικής παρουσίας
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
