Ο λεπτομερέστερος ψηφιακός χάρτης του εγκεφάλου, Bigbrain: An Ultra-High Resolution 3-D Roadmap of the Human Brain

BigBrain (credit: Montreal Neurological Institute and Forschungszentrum Jülich)

Η Γη διαθέτει τους ψηφιακούς χάρτες του Google Earth και ο ανθρώπινος εγκέφαλος απέκτησε κάτι ανάλογο χάρη σε έναν νέο ανατομικό «άτλα», ο οποίος ονομάζεται «Μεγάλος Εγκέφαλος» (Big Brain).

Whole brain. The three-dimensional virtual brain is based on information from more than 7,400 tissue sections, each of them a mere 20 micrometres thick, that were obtained from a human brain. (Credit: © werbefoto-burger.ch / Fotolia)

Πρόκειται για τη λεπτομερέστερη μέχρι σήμερα τρισδιάστατη ψηφιακή χαρτογράφηση του εγκεφάλου. Ο «Μεγάλος Εγκέφαλος» επιτρέπει στους επιστήμονες να βλέπουν χαρακτηριστικά μικρότερα και από μία τρίχα.

Ο «χάρτης», που έχει ανάλυση 50 φορές μεγαλύτερη από οποιονδήποτε άλλο υπήρξε μέχρι σήμερα, δίνει στους επιστήμονες καλύτερη πρόσβαση στις δομές του εγκεφάλου που σχετίζονται με τη νόηση, τα συναισθήματα, την ομιλία, τη γήρανση και τις διάφορες νευροεκφυλιστικές ασθένειες (Αλτσχάιμερ, Πάρκινσον κ.α.).

Illustration of tissue and image processing. (A) Photographs of the fixed brain. Lateral left (top), lateral right (middle), and dorsal (bottom) views. (B) Magnetic resonance image (coronal view) and (C) 3D-reconstructed MRI volume of the fixed brain. (D) Histological sectioning. (E) Blockface image of a section (pseudocolored) resting on the mounting grid that served for alignment of the blockface images. (F) Series of blockface images. (G) Cell body–stained histological sections with the region of interest denoted by a red box. This area is shown with higher magnification in (H). (I) Series of histological images, which were 3D-reconstructed using the blockface images (F) and the MRI (C). (Credit: K. Amunts et al./Science)

Το νέο ψηφιακό μοντέλο του εγκεφάλου απεικονίζει χαρακτηριστικά διαστάσεων έως 20 μικρομέτρων (εκατομμυριοστών του μέτρου), δηλαδή σχεδόν όσο οι διαστάσεις των περίπου 80 δισεκατομμυρίων εγκεφαλικών κυττάρων (νευρώνων). Πρόκειται για ένα επίτευγμα γερμανο-καναδικής επιστημονικής συνεργασίας με επικεφαλής την καθηγήτρια Κάτριν Άμουντς, διευθύντρια του Ινστιτούτου Έρευνας του Εγκεφάλου του πανεπιστημίου Χάινριχ Χάινε του Ντίσελντορφ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο «Science», σύμφωνα με το BBC, το «Nature» και το «New Scientist».

Finely sliced brain samples. Some 7,400 were needed to make Big Brain.

Η δημιουργία του «χάρτη» χρειάστηκε δέκα χρόνια και έγινε με πρότυπο τον, διατηρημένο σε παραφίνη, εγκέφαλο μιας γυναίκας που είχε πεθάνει σε ηλικία 65 ετών. Ο εγκέφαλός της τεμαχίστηκε σε πάνω από 7.400 τμήματα, το καθένα πάχους το πολύ 20 μικρομέτρων. Τα τμήματα αυτά, αφού χρωματίστηκαν με τις κατάλληλες ουσίες, «σκαναρίστηκαν» σε υπολογιστές και μετά έγινε η ψηφιακή ανακατασκευή του εγκεφάλου.

Τα πλήρη δεδομένα του «Big Brain», που αποτελεί μέρος του ευρύτερου Ευρωπαϊκού Προγράμματος Ανθρωπίνου Εγκεφάλου, θα είναι προσβάσιμα από κάθε επιστήμονα στη διαδικτυακή πύλη CBRAIN (https://bigbrain.cbrain.mcgill.ca/).

Οι ερευνητές θα μπορούν να κάνουν «ζουμ» σε όποια περιοχή του εγκεφάλου θέλουν να μελετήσουν. «Είναι σαν να χρησιμοποιεί κανείς το Google Earth. Μπορεί πλέον κανείς να δει λεπτομέρειες, που έως τώρα δεν ήταν ορατές», δήλωσε η Άμουντς.

Ο «Μεγάλος Εγκέφαλος» εντάσσεται στο πλαίσιο του συνεχώς αυξανόμενου ενδιαφέροντος διεθνώς για την έρευνα στις νευρολογικές επιστήμες. Τον προηγούμενο Ιανουάριο, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ανακοίνωσε ότι θα χρηματοδοτήσει με ένα δισεκατομμύριο ευρώ, σε πλαίσιο τουλάχιστον μίας δεκαετία, το φιλόδοξο ερευνητικό Πρόγραμμα Ανθρωπίνου Εγκεφάλου. Το πρόγραμμα συντονίζει ο κορυφαίος επιστήμονας Χένρι Μάρκραμ του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας στη Λωζάνη και στοχεύει στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου ψηφιακού αντιγράφου (προσομοιωμένου μοντέλου) του εγκεφάλου με τη βοήθεια υπέρ-υπολογιστών.

Τον Απρίλιο ήρθε η απάντηση των ΗΠΑ, όταν ο πρόεδρος Ομπάμα ανακοίνωσε ότι ξεκινά η Πρωτοβουλία Έρευνας του Εγκεφάλου μέσω προωθημένων νευροτεχνολογιών, αρχικού προϋπολογισμού 100 εκατ. δολαρίων.

H μεγαλύτερη Πανσέληνος του έτους, Supermoon will be big, bright, and full on June 23

Την ερχόμενη Κυριακή, 23 Ιουνίου, θα έχουμε την ευκαιρία να δούμε ένα αρκετά ενδιαφέρον φαινόμενο, την μεγαλύτερη Πανσέληνο του έτους.

Astronomers say it’s tough to notice the difference in size between a supermoon and any other full moon. But photographs show it. Check out this size comparison from our friend Alec Jones in the UK.

«Πολλοί είναι αυτοί που πιστεύουν λανθασμένα ότι αυτό συμβαίνει κάθε Αύγουστο, που φυσικά δεν είναι σωστό αφού πρόκειται απλά για μια οπτική απάτη. Αυτό που συμβαίνει δηλαδή είναι ότι στη διάρκεια των καλοκαιρινών μηνών ο Ήλιος βρίσκεται στο ψηλότερο σημείο της ετήσιας φαινόμενης τροχιάς του στον ουρανό ενώ αντίθετα η Σελήνη βρίσκεται σχετικά πιο κοντά στον ορίζοντα. Σ’ αυτή τη θέση η Πανσέληνος μπορεί να συγκριθεί με διάφορα άλλα χαρακτηριστικά που βρίσκονται εκεί, όπως δέντρα, κεραίες και διάφορα κτίσματα.

Μ’ αυτόν τον τρόπο ο εγκέφαλος του παρατηρητή παρασύρεται να πιστέψει ότι η Πανσέληνος είναι μεγαλύτερη ενώ επανειλημμένες μετρήσεις έχουν αποδείξει ότι το μέγεθος της Πανσελήνου δεν διαφέρει καθόλου από ώρα σε ώρα. Υπάρχει φυσικά μετρήσιμη διαφορά του μεγέθους της Σελήνης ανάλογα με το αν βρίσκεται στο περίγειό της ή στο απόγειό της, κάτι που συμβαίνει μια φορά κάθε μήνα. Για παράδειγμα το πλησιέστερο περίγειο της Σελήνης το 2013 είναι στις 23 Ιουνίου (357.014 χιλιόμετρα), ενώ το μεγαλύτερο απόγειο ήταν στις 10 Ιουνίου (406.485 χιλιόμετρα). Αυτό όμως δεν έχει σχέση με το πόσο μεγάλη φαίνεται όταν βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα, που οφείλεται όπως είπαμε αποκλειστικά και μόνο σε οπτική απάτη.

Day and night sides of Earth at instant of full moon (2013 June 23 at 11:32 Universal Time). In North America, the full moon is setting in the west at sunrise on June 23. From eastern Asia, it’s rising in the east at sunset. The full moon resides close to zenith – straight overhead – as seen from the Samoan islands in the central South Pacific Ocean. Image credit: Earth and Moon Viewer

Η μέση απόσταση της Σελήνης από τη Γη (από κέντρο σε κέντρο) είναι 384.400 χλμ., ενώ στο περίγειό της βρίσκεται περίπου σε απόσταση 356.400 χλμ. και στο απόγειό της στα 406.700 χλμ. Υπάρχει δηλαδή μια διαφορά 50.000 χλμ. περίπου μεταξύ περιγείου και απογείου. Επόμενο είναι ότι στο περίγειό της η Σελήνη φαίνεται μεγαλύτερη απ’ ότι στο απόγειο, όπως επίσης κάποιο από τα 12 περίγεια ενός έτους θα είναι το πλησιέστερο και άρα η Σελήνη θα φαίνεται ως μεγαλύτερη του έτους ιδιαίτερα μάλιστα εάν συμπέσει την ίδια ημέρα να έχουμε και Πανσέληνο, όπως συμβαίνει φέτος στις 23 Ιουνίου!

Η καθημερινή παρουσία της Σελήνης στον ουρανό αλλά και η συνεχής αλλαγή της φωτισμένης της μορφής επηρέαζε ανέκαθεν τους ανθρώπους όπως φαίνεται στα τραγούδια, στις προλήψεις και στις δογματικές τους αντιλήψεις. Γιατί παρ’ όλο που η Σελήνη αντανακλά μόνο το 7% του ηλιακού φωτός που πέφτει πάνω στη γεμάτη κοιλώματα επιφάνειά της, είναι αρκετά λαμπερή ώστε να καλύπτει με το φως της ένα αρκετά μεγάλο μέρος των άστρων της νύχτας. Πολλές μάλιστα παραδόσεις, που κρατάνε από την αρχαία ακόμη εποχή, συνδέουν τη Πανσέληνο του κάθε μήνα με διάφορες αγροτικές εργασίες.

Τρίμορφη αναπαράσταση της Εκάτης. Ρωμαϊκό αντίγραφο πρωτοτύπου της ελληνιστικής περιόδου. Inv. 1922. Μουσείο Chiaramonti. Triple-formed representation of Hecate. Marble, Roman copy after an original of the Hellenistic period.

Στην αρχαιότητα η Σελήνη λατρεύτηκε σαν θεά. Για τους αρχαίους Έλληνες και τους Ρωμαίους η Σελήνη ήταν η θεά του κυνηγιού Άρτεμις που με το φως της βοηθούσε τους κυνηγούς να βλέπουν μεσ’ τη νύχτα. Η αγνή πανέμορφη παρθένα, η κυνηγός θεά, ήταν για τον Όμηρο το πρότυπο της γυναικείας ομορφιάς. Στη Σελήνη απέδιδαν επίσης τη νυχτερινή δροσιά και τις βροχές, γι’ αυτό ονόμαζαν την Άρτεμη «Ποτάμια» και την λάτρευαν κοντά σε πηγές και λίμνες όπου πίστευαν ότι λούζονταν μαζί με τις Νύμφες μακριά από τα βέβηλα μάτια των ανδρών. Ακόμη και σήμερα σε ορισμένες περιοχές της Αφρικής, της Αυστραλίας και της Ινδονησίας υπάρχουν φυλές που τη λατρεύουν με παρόμοιο τρόπο.

Στην κλασική εποχή, οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι μπόρεσαν να διαλευκάνουν αρκετά από τα μυστήρια της Σελήνης, ανάμεσα στα οποία ήταν και ο μηχανισμός των φάσεών της. Υπέθεσαν λοιπόν ότι το φως της Σελήνης δεν ήταν παρά η αντανάκλαση των ακτίνων του Ήλιου στην επιφάνειά της. Επειδή όμως το φως του Ήλιου φωτίζει καθημερινά διαφορετικές περιοχές της πλευράς της που είναι στραμμένη προς τη Γη, βλέπουμε τη Σελήνη να αλλάζει μορφή συνεχώς ανάλογα με το πώς φαίνεται από τη Γη. Έτσι όταν η Σελήνη βρίσκεται στην ίδια κατεύθυνση με τον Ήλιο στρέφει προς εμάς το μη φωτιζόμενο ημισφαίριό της, οπότε λέμε ότι έχουμε Νέα Σελήνη ή Νουμηνία.

Με την πάροδο των ημερών η Σελήνη μετατοπίζεται στην τροχιά της και έτσι από τη Γη αρχίζουμε να βλέπουμε όλο και μεγαλύτερο μέρος του φωτιζόμενου ημισφαιρίου της. Όταν η αποχή της από τον Ήλιο είναι 90 μοίρες, φαίνεται να είναι φωτισμένη κατά το 1/2, και η φάση αυτή ονομάζεται πρώτο τέταρτο. Η κίνηση συνεχίζεται μέχρις ότου η Σελήνη βρίσκεται σε αντίθεση προς τη θέση του Ήλιου, βρίσκεται δηλαδή απέναντι από τον Ήλιο με την Γη στη μέση, οπότε εμείς βλέπουμε από τη Γη ολόκληρο το φωτιζόμενο ημισφαίριό της και λέμε ότι έχουμε Πανσέληνο. Τότε η Σελήνη ανατέλλει όταν ο Ήλιος δύει.

Photo: Anthony Ayiomamamitis

Ο χρόνος όμως κυλάει και η Σελήνη συνεχίζει την κίνησή της γύρω από τη Γη μέχρις ότου βρεθεί στη φάση του τελευταίου τέταρτου. Τέλος, η Σελήνη ξανάρχεται σε σύνοδο με τον Ήλιο, οπότε έχουμε και πάλι Νουμηνία ή Νέα Σελήνη. Από τη μια σύνοδο ως την επομένη, για τη συμπλήρωση δηλαδή όλων των φάσεων της Σελήνης, χρειάζονται περίπου 29,5 ημέρες, και για την ακρίβεια 29 ημέρες 12 ώρες, 44 λεπτά και 2,86 δευτερόλεπτα. Ο χρόνος αυτός ονομάζεται συνοδικός μήνας και είναι η χρονική περίοδος μεταξύ δύο διαδοχικών πανσελήνων ή δύο διαδοχικών φάσεων Νέας Σελήνης, από την οποία γεννήθηκε ο ημερολογιακός μας μήνας. Δεν είναι λοιπόν καθόλου παράξενο που τα πρώτα ημερολόγια βασίζονταν σε έναν κύκλο σεληνιακών μηνών.

Υπάρχει όμως και ο άλλος «μήνας», όπως είπαμε, που ονομάζεται «αστρικός μήνας», και είναι ο πραγματικός χρόνος μιας πλήρους περιφοράς της Σελήνης γύρω από τη Γη αφού μετράει την χρονική περίοδο μεταξύ δύο διαδοχικών περασμάτων της Σελήνης μπροστά από ένα δεδομένο άστρο. Η κίνηση αυτή γίνεται εμφανής καθώς η θέση της Σελήνης ανάμεσα στα άστρα αλλάζει από νύχτα σε νύχτα. Ο χρόνος αυτός είναι περίπου 27 ημέρες, και για την ακρίβεια 27 ημέρες 7 ώρες, 43 λεπτά και 11,5 δευτερόλεπτα.

Πανσέληνος στο ναό του Ποσειδώνα, Σούνιο (AP Photo/Dimitri Messinis).

Η αιτία της μεγαλύτερης διάρκειας του συνοδικού μήνα σε σχέση με τον αστρικό μήνα είναι αρκετά απλή: Κατά τη διάρκεια ενός μήνα, το ντουέτο Γη και Σελήνη έχει διασχίσει μια αρκετά μεγάλη απόσταση γύρω από τον Ήλιο. Έτσι όταν η Σελήνη έχει ολοκληρώσει μία πλήρη περιφορά της γύρω από τη Γη, πρέπει να ταξιδέψει επιπλέον πάνω από δύο ακόμη ημέρες για να ξαναγυρίσει στην ίδια γραμμική σχέση που είχε με την Γη και τον Ήλιο ώστε να δημιουργηθούν οι ίδιες πάλι προϋποθέσεις που είναι αναγκαίες για να έχει την ίδια φάση με αυτή με την οποία άρχισε την τροχιά της γύρω από τη Γη.

Άρθρο του κ. Διονύση Σιμόπουλου, Διευθυντή του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.