“H τεχνολογική αυτο-τροποποίηση και η χρήση των μεθόδων γνωσιακής ενίσχυσης μπορεί να ιδωθεί σαν μια επέκταση της ικανότητας του ανθρωπίνου είδους να προσαρμόζεται στο περιβάλλον του.”
Nick Bostrom και Anders Sandberg
Η φιλοσοφία του Μετανθρωπισμού, συνεπικουρούμενη από τις Αναδυόμενες Τεχνολογίες Nano-Bio-Info-Cogno (NBIC Emerging Technologies), καταπιάνεται με την ανάπτυξη στρατηγικών που θα οδηγήσουν το ανθρώπινο είδος σε μια επιταχυνόμενη “έξοδο διαφυγής“, τόσο από την “κυριαρχία” του γήρατος και της σωματικής φθοράς όσο και από την “δικτακτορία” της ενδογενούς εγκεφαλικής ατέλειας, ευπάθειας σε ασθένειες και ευρύτερης ”βραδυστροφίας” που χαρακτηρίζει το βιοϋλικό (wetware) του ανθρώπινου εγκεφάλου. Όπως ακριβώς αναφέρει ο Γεροντολόγος κι ερευνητής Aubrey de Grey, η Βιοτεχνολογία και η Επιστήμη των Υπολογιστών (Βιοπληροφορική) επιστρατεύονται για την ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών κατά του γήρατος και της φυσικής φθοράς και το τελικό σημείο τομής όλων αυτών των καινοτόμων στρατηγικών θα είναι η Νανοϊατρική (Nanomedicine).
Η Νανοϊατρική είναι η εφαρμογή της Νανοτεχνολογίας στην Ιατρική και την Υγεία. Αναπόσπαστο μέρος των καινοτόμων στρατηγικών που πρόκειται να αναπτυχθούν γι'αυτόν το σκοπό, θα είναι η χρήση των νανορομποτικών διατάξεων και νανο-αυτοματισμών στην ενίσχυση και επιδιόρθωση του εγκεφαλικού ιστού του ανθρώπου και συνεπώς, την ενίσχυση των γνωσιακών του λειτουργιών (μνήμη, αντίληψη, σκέψη, κλπ) για την βελτίωση της ποιότητας ζωής του, την αύξηση του προσδόκιμου ζωής του και συνεπώς, για την μη-γήρανσή του νου του.
Ως γνωστόν, ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελεί την -μέχρι τώρα- πιο πολύπλοκη κατασκευή στο σύμπαν, με 100 δισεκατομμύρια νευρώνες οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με συνάψεις, οι οποίες συνάψεις, συνολικά στον εγκέφαλο, απαριθμούν 100 τρισεκατομμύρια, αριθμός εξαιρετικά αστρονομικός! Αυτό το πολύπλοκο υπερδίκτυο ισοδυναμεί με 45 μίλια (κατά προσέγγιση) απόστασης από τα έσχατα νευρωνικά του σημεία διασύνδεσης με ταχύτητα μεταγωγής δυναμικών ενέργειας από 2 έως 400 χιλιόμετρα ανά ώρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο κάθε νευρώνας στο εγκέφαλο του ανθρώπου έχει μήκος από 100 μm (μικρόμετρα) έως κι ένα μέτρο. Έτσι, η επέμβαση (νευροεπέμβαση) στο όργανο αυτό, που αποτελεί το κλειδί για την ενίσχυση και εξέλιξη του ανθρωπίνου είδους, αποτελεί μια πραγματική επιστημονική και τεχνολογική πρόκληση.
Νευροεπέμβαση (Neurointervention) και Neurohacking
Μερικές από τις θεμελιώδεις παρεμβάσεις για την αύξηση και ενίσχυση των γνωσιακών μηχανισμών του ανθρωπίνου εγκεφάλου περιλαμβάνουν την βελτίωση της νευροδιαβίβασης και συνεπώς της συναπτικής ολοκλήρωσης της νευρικής ώσης (neural impulse) και απελευθέρωσης νευροδιαβιβαστών ανάμεσα στους νευρώνες, την βέλτιστη (σε ρυθμό) και ταχεία αναγέννηση νευρώνων και την επαγωγή ταχείας και αποτελεσματικής νευροπλαστικότητας (neural plasticity), δηλαδή της ταχείας συναπτογένεσης σε περιοχές του εγκεφάλου όπως ο ιππόκαμπος, το μεταιχμιακό σύστημα (limbic system) και ολόκληρος ο φλοιός για την ενίσχυση της μνήμης, της προσοχής, της αντίληψης και σκέψης με ότι θετικό αποτέλεσμα συνεπάγεται αυτό.
Τέτοιου είδους παρεμβάσεις στον εγκέφαλο περιλαμβάνουν ένα ευρύ οπλοστάσιο εφαρμογών, από φυσικές πηγές εγκεφαλικές στόχευσης και ενίσχυσης (ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία) μέσω συσκευών (TMS, tDCS, DBS)- gadgets και εμφυτευμάτων (neural implants) μέχρι φαρμακευτικές ουσίες, νευροορμόνες (νευροαυξητικοί παράγοντες) και φυσικά, νανοφάρμακα (nanopharmaceuticals), όπου, ιδιαίτερα τα τελευταία, αποτελούν και το σημείο αιχμής στην βελτίωση και τελειοποίησης της ανθρώπινης υγείας και ποιότητας ζωής.
Η χρήση των νευροενισχυτικών και νευροεπεμβατικών στρατηγικών στην βελτίωση της νοητικής υγείας, της ποιότητας ζωής και βελτίωσης της νοητικής ικανότητας των ανθρώπων μπορεί να ονομαστεί (με έναν πιο underground όρο) Neurohacking (κλάδος του Biohacking). Δηλαδή ένα πρακτικό και DIY (Do It Yourself) “σπάσιμο“ του νευρωνικού κώδικα των νευρωνικών δικτύων του εγκεφάλου με σκοπό την επίτευξη ενίσχυση εγκεφαλικών άρα και γνωσιακών λειτουργιών, επίτευξη απεριόριστης ψυχική υγείας (πλήρους σωματικής, νοητικής και κοινωνικής ευεξίας) και τέλος εξόρυξη (retrieval) εγκεφαλικών, γνωσιακών και εμπειρικών πληροφοριών, μνημών, εμφύτευση ψευδών εμπειριών και βιωμάτων (για ψυχαγωγία αλλά και ως θεραπευτική παρέμβαση) κι επιλεκτική διαγραφή μνήμης, όπου το τελευταίο, θα έχει θετικό αντίκτυπο στον τομέα της ψυχικής υγείας και στη θεραπεία αγχωδών, καταθλιπτικών και μετατραυματικών διαταραχών.
Μια σειρά λοιπόν από γνωσιακές λειτουργίες μπορούν να βελτιωθούν με τη χρήση της Νευροεπέμβασης και του Neurohacking, όπως μαθησιακές ικανότητες, αύξηση και βελτίωση προσοχής, μνήμη (επιλεκτική και γενική) και ανάκληση, δημιουργικότητα, οπτικοποίηση διαδικασιών για την καλύτερη κατανόησή τους, ορθή εννοιολογική χρήση της γλώσσας, συμβολική σκέψη, αφαιρετική σκέψη, αναγνώριση προτύπων, κρίση και ορθολογική κριτική σκέψη, διαφορική συλλογιστική, αισθητηριακή όξυνση, κινητικές ικανότητες και τέλος αποτελεσματική διαχείριση πόνου αλλά και οριστική εξάλειψή του όταν αυτό είναι απαραίτητο (με τεχνητό τρόπο όπως πχ. νανοφάρμακα κι εγκεφαλικά εμφυτεύματα).
Δυο γνωσιακές λειτουργίες που είναι καλά μελετημένες και σε βασικό επίπεδο και σε επίπεδο παρέμβασης είναι η μνήμη και η μάθηση. Τόσο σε βιοχημικό και μεταβολικό επίπεδο (συγκέντρωση γλυκόζης, μορίων cAMP, ιόντων ασβεστίου) όσο και σε κυτταρικό επίπεδο (δημιουργία νέων συνάψεων, νευροπλαστικότητα, μακράς διαρκείας ενδυνάμωση), η Νευροπαρέμβαση μπορεί να συμβεί σε πολλαπλά επίπεδα -από φαρμακευτικό μέχρι και ηλεκτρομαγνητικό- για την βελτίωση των παραπάνω μηχανισμών και την αύξηση της μνημονικής και μαθησιακής απόδοσης του ανθρώπου (εργαζόμενοι, επαγγελματίες, χομπίστες, μαθητές, φοιτητές και απλοί άνθρωποι).
Από έρευνες που έχουν γίνει, έχει βρεθεί ότι η συνολική κατανομή της γλυκόζης στον εγκέφαλο ελέγχει την έκκριση της νευροδιαβιβαστικής ουσίας ακετυλοχολίνης στον ιππόκαμπο, σε μια περιοχή που ελέγχει την βραχυπρόθεσμη μνήμη και ενέχεται στην επαγωγή μακροπρόθεσμης εγγραφής πληροφοριών στο νευρικό ιστό (μέσω συναπτογένεσης) και συνεπώς στη συνερμική και χωρική μνήμη και μάθηση. Δομές του εγκεφάλου όπως ο ιππόκαμπος και δίκτυα δομών όπως το μεταιχμιακό σύστημα, είναι στενά αλληλεπιδρώντα μεταξύ τους για την συνειρμική και συναισθηματική επεξεργασία πληροφοριών, αποθήκευση, ρύθμιση συναισθηματικών αντιδράσεων και “φιλτράρισμα“ πληροφοριών από και προς τον εγκεφαλικό φλοιό (Gold, P.E.,1995) . Οπότε το ενιαίο δίκτυο των νευρωνικών δομών και συνδέσεων αυτών, αποτελεί ένα πρωταρχικό υπόστρωμα στόχευσης της Νευροπαρέμβασης και του Neurohacking.
Για παράδειγμα, η διεγερτική ουσία D-αμφεταμίνη, έχει παρατηρηθεί ότι αυξάνει τις μαθησιακές ικανότητες και τις ικανότητες της μνημονικής ανακλησης και επεξεργασίας πληροφοριών που προσλαμβάνονται κατά τη διάρκεια της μαθησιακής διαδικασίας, καθώς αυξάνει την διεγερσιμότητα των νευρώνων του ιπποκάμπου και επάγει ταχεία τροποποίηση της συναπτικής διαβίβασης και συναπτογένεση, άρα και αύξηση νευροπλαστικότητας τόσο στα ίδια τα κύτταρα του ιπποκάμπου, όσο και στις συνάψεις των ιπποκαμπικών νευρώνων που δίνουν ερεθίσματα εξόδου προς στις δομές που επικοινωνούν με τον εγκεφαλικό φλοιό, οπως στην παραϊπποκάμπειο έλικα και το διαφανες διάφραγμα (septum). Συνεπώς, με τη δράση της D-αμφεταμίνης αυξάνεται η συναπτική ενδυνάμωση του φλοιού (ως τελικός αποδέκτης παρέμβασης στον ιππόκαμπο) και επάγεται ταχεία τροποποίηση των φλοιϊκών χαρτών λόγω μάθησης (Stroemer, R.P., Kent, T.A., and Hulsebosch, C.E., 1998).
Αρκετοί τύποι νανοϊατρικής παρέμβασης στα νευρωνικά συστήματα του εγκεφάλου έχουν προταθεί, από τη χρήση εγκεφαλικών νανοεμφυτευμάτων, νανοφαρμάκων, οργανικών και ανόργανων εγκεφαλικών διεπαφών (brain interfaces), μεταφορά νευροτροφικών και νευροαυξητικών παραγόντων και χρήση νανορομπότ (nanorobots, nanites) για την ενίσχυση των γνωσιακών λειτουργιών και για πρόληψη και αντιμετώπιση της γήρανσης του εγκεφάλου.
Νανοφαρμακευτική (Nanopharmaceutics) και Κοσμητική Νευρολογία (Cosmetic Neurology)
Τα νανοφάρμακα θα χρησιμοποιηθούν για την στόχευση και αναστροφή των παθολογικών καταστάσεων του εγκεφάλου και για την ενίσχυση της δράσης των νευροδιαβιστών και την τροποποίηση του βιοχημικού περιβάλλοντος του εγκεφάλου. Τα νανοφάρμακα θα αλληλεπιδρούν με τους μεμβρανικούς υποδοχείς των νευρώνων του εγκεφάλου, τα κανάλια ιόντων, τους νευροαυξητικούς παράγοντες και τις λοιπές νευροορμόνες (νευροπεπτίδια) και τα ένζυμα, για την αύξηση της συχνότητας της νευρωνικής διέγερσης, για την ρύθμιση του κατωφλιού πυροδότησης της απελευθέρωσης των νευροδιαβιβαστών (ακετυλοχολίνης, ντοπαμίνης, σεροτονίνης, GABA) από τους συναπτικούς κόμβους, τον έλεγχο της γένεσης συγκεκριμένων ρυθμών του εγκεφάλου όπως πχ. ο ρυθμός θ (4-7 Hz) και ο ρυθμός γ (30-80 Hz) και γενικά τη ρύθμιση της βιοχημείας και της ηλεκτροφυσιολογίας του. Τα νανοφάρμακα θα είναι χρήσιμα για την πρόληψη και τη θεραπεία παθογενετικών μηχανισμών του εγκεφάλου που ενέχονται σε νευρολογικές, νευροαναπτυξιακές και ψυχιατρικές παθήσεις αλλά και στην πρόληψη και αποκατάσταση της γήρανσής του.
Επίσης, θα είναι σημαντικά στην βελτίωση της ποιότητας ζωής του ανθρώπου, καθώς θα παίξουν το ρόλο-κλειδί στην ενίσχυση της ευφυϊας του, της κοινωνικής του ζωής, της δημιουργικότητάς του, της ανακούφισής του από το stress, την απαλλαγή του από τις εξαρτήσεις και τους εθισμούς (είτε αυτό αφορά ουσίες είτε άσκοπες ή επιβλαβείς δραστηριότητες), τη βελτίωση της διάθεσής του και την αύξηση της libido του. Εδώ μιλάμε λοιπόν για τη δημιουργία ενός κλάδου που θα είναι στενά συνδεδεμένος και με την Ψυχιατρική αλλά και με την Κλινική Ψυχολογία: την Κοσμητική Νευρολογία (Cosmetic Neurology). Δηλαδή τον κλάδο εκείνο των Νευροεπιστημών και της Κλινικής Ιατρικής που αντικείμενό του θα είναι η βελτίωση και η ενίσχυση των νοητικών, γνωσιακών λειτουργιών του ανθρώπου και επομένως η βελτίωση του well-being του, του ευ ζειν του. Όπως υπάρχει μέχρι σήμερα η Κοσμητική ή Πλαστική Χειρουργική (Cosmetic or Plastic Surgery) σε αντιστοιχία με τις ατέλειες της μορφής και τις παραμορφώσεις, έτσι και σε μερικά χρόνια, με την ανάπτυξη της Νανοϊατρικής θα εγκαθιδρυθεί και η διαμόρφωση του κλάδου της Κοσμητικής Νευρολογίας που θα συνδεθεί στενά με την Ψυχιατρική και την Ψυχολογία με ολοκληρωτικώς θεαματικά, θετικά αποτελέσματα για την εξέλιξη του ανθρωπίνου είδους.
Διαχείριση Μνήμης: Ενίσχυση και Μπλοκάρισμα
Είναι γνωστή η συνταγογράφηση σκευασμάτων με σκοπό την αύξηση της προσοχής, της συγκέντρωσης και της μαθησιακής απόδοσης σε παιδιά με Διαταραχή Ελλειμματικής Προσοχής και Υπερκινητικότητας (ADHD-Attention Deficit and Hypercativity Disorder). Σκευάσματα όπως το Modafinil, το Ritalin, Concerta, Metadate και Methynil, καθώς και οι αμφεταμίνες όπως το Adderal, το Dexedrine, Benzedrine, Methedrine, Preludin και Dexamyl, προάγουν την προσοχή, την συγκέντρωση σε δραστηριότητες, μειώνοντας ταυτόχρονα την άσκοπη υπερδιέργεση και υπερδραστηριότητα του μαθητή που τα λαμβάνει, αυξάνοντας, συνεπώς, την απόδοσή του στις σχολικές και μαθησιακές του δραστηριότητες.
Εδώ βέβαια, υπάρχει κάτι το αντικρουόμενο από πλευράς χρήσης των σκευασμάτων αυτών, από ανθρώπους που δεν πάσχουν από ADHD. Λόγω του ότι αυτά τα φάρμακα, εκτός από θεραπευτικό αποτέλεσμα, επάγουν βελτιωτική δράση και μερικές φορές εμφανίζουν και κάποιες οργανικές και ψυχοκοινωνικές παρενέργειες (λόγω κατάχρησής τους βέβαια αυτό), προορίζονται μόνο για ιατρική χρήση (με σωστή ελεγχόμενη δοσολογία) και συνεπώς, μετά από την ανάρρωση του ασθενούς, νομικά, θα πρέπει να διακόπτονται. Πράγμα που σημαίνει ότι είναι παράνομη η συνταγογράφηση και η χρήση τους σε κλινικά υγιή άτομα (που δεν πάσχουν από ADHD). Τι θα ίσχυε όμως αν υπήρχε μια κατηγορία σκευασμάτων που δεν εμφάνιζε παρενέργειες και δεν προοριζόταν μόνο για ασθενείς αλλά και για κλινικώς υγιή άτομα; Όπως για παράδειγμα, φάρμακα που επάγουν αποτελεσματική συγκέντρωση και βέλτιστη απόδοση ή κάποιες νέες ουσίες που επιταχύνουν τη νευροπλαστικότητα και καθιστούν τον άνθρωπο υπερμνήμονα. Θα ίσχυε το ίδιο νομικό πλαίσιο ή θα ήταν επιτρεπτή η πώλησή τους και η πρόσβαση σε αυτά κι επομένως η χρήση τους, από χρήστες που είχαν λεφτά να διαθέσουν για να τα αγοράσουν;
Λόγω του ότι η Νανοϊατρική, άρχισε πολύ πρόσφατα να αναπτύσσεται, δεν υπάρχει κάποιο υπαρκτό παράδειγμα τέτοιου φαρμάκου μέχρι σήμερα. Θα πρέπει λοιπόν να διευρυνθεί, όχι μόνο το νομικό πλαίσιο, αλλά να συμπεριλάβουμε και στην παγκόσμια νοοτροπία μας το Neurohacking ώστε να είμαστε ενημερωμένοι για την μελλοντική κυκλοφορία τέτοιων ουσιών, για να αποτελέσουν τμήμα της καθημερινής μας ζωής και φυσικά του well-being μας.
Μέχρι τώρα, όσον αφορά την παρέμβαση στη μνήμη και στην διαχείριση των νευρωνικών κυκλωμάτων του ιπποκάμπου, υπάρχουν διάφορα σκευάσματα που χορηγούνται στην καθημερινή κλινική πράξη και θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως αποτελεσματικοί μνημονικοί διακόπτες αν τροποποιηθούν χημικά και μελετηθούν ηλεκτροφυσιολογικά οι ιδιότητές τους στο εργαστήριο, τόσο σε απομονωμένους νευρώνες (in vitro) όσο και σε πειραματόζωα (in vivo) αλλά και στον ίδιο τον άνθρωπο.
Ο αναστολέας της ακετυλοχολινεστεράσης (ένζυμο που αποικοδομεί το νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη) με το εμπορικό όνομα Aricept (δονεπεζίλη), συνταγογραφείται σε ασθενείς με Alzheimer και ενισχύει τη μνημονική λειτουργία, βελτιώνοντας ταυτόχρονα και τη διάθεση των ασθενών με Alzheimer και μειώνοντας τα συμπτώματα της άνοιας. Το ίδιο φάρμακο όμως, μπορεί να βελτιώσει τις μνημονικές λειτουργίες και την προσοχή σε ενήλικα υγιή άτομα, ιδιαίτερα σε αυτά της μέσης ηλικίας που κάνουν δουλειές με υψηλή ευθύνη κι επομένως προσοχή όπως πιλότους, οδηγούς λεωφορείων, ταξί, ακόμα και χειρουργούς. Έχει αποδειχθεί ότι πρόκειται για σκεύασμα που βελτιώνει τη χωρική μνήμη, αυξάνει τα αντανακλαστικά και ενισχύει την λήψη αποφάσεων σε στρεσσογόνες συνθήκες ( Yesavage, J.A., Mumenthaler, M.S., Taylor, J.L., Friedman, L., O’Hara, R., Sheikh, J., Tinklenberg, J., and Whitehouse, P.J., 2002).
Ένα άλλο παράδειγμα ουσίας που βελτιώνει τη μνήμη και την προσοχή είναι οι Αμπακίνες (Ampakines). Αποτελούν συνθετικά των βενζεμιδών που δρουν στον ιππόκαμπο του εγκεφάλου, σε συγκεκριμένους υποδοχείς, στους υποδοχείς AMPA (εξού και το όνομά της ουσίας), οι οποίοι έχουν διεγερτική δράση σε συγκεκριμένους κυτταρικούς πληθυσμούς του ιπποκάμπου (πυραμοειδή κύτταρα και διανευρώνες παρβαλβουμίνης, καλρετινίνης και καλβιδίνης) Chang, P.K., Verbich, D., and McKinney, R.A., 2012). Ένα ακόμα παράδειγμα είναι το μόριο MEM 1414 το οποίο αυξάνει την παραγωγή της ενδοκυτταρικής πρωτεϊνης CREB (πρωτεϊνης που ενεργοποιείται από το cAMP που δεσμεύεται στο μόριό της) και επάγει τη δημιουργία καινούριων συνάψεων, κατόπιν ενός βιοχημικού καταρράκτη μοριακών αντιδράσεων εντός των νευρώνων που τροποποιούν την συνολική δομή τους, σχηματίζοντας νέες συνάψεις στις οποίες αποθηκεύεται εκεί η πληροφορία για κάποια δεξιότητα, εκτελούμενη διεργασία, δράση ή διαδικασία (Solomon, L.D., 2006).
Φυσικά, όπως μπορούν να ενισχυθούν οι μνημονικές λειτουργίες έτσι μπορούν και να αναστραφούν, εξαλείφοντάς αυτές, σε περιπτώσεις ασθενών με τραυματικές εμπειρίες που οδηγούν σε PTSD (Post-Traumatic Stress Disorder). Αυτό μπορεί να συμβεί με τη χρήση ουσιών όπως η προπρανολόλη και η σκοπολαμίνη, οι οποίες δρουν ανταγωνιστικά στους β-αδρενεργικούς (προπρανολόλη) και στους μουσκαρινικούς υποδοχείς της ακετυλοχολίνης (σκοπολαμίνη) που βρίσκονται τόσο στον ιππόκαμπο όσο και στον φλοιό και στην ουσία σβήνουν προοδευτικά την τραυματική μνήμη κάνοντάς την να ξεθωριάσει με το πέρασμα του χρόνου, μπλοκάροντας διαρκώς τους υποδοχείς αυτούς και προκαλώντας εκλεκτική αμνησία για το εκάστοτε τραυματικό συμβάν που ταλαιπωρεί τους ασθενείς με PTSD.
Μεταφορά Φαρμάκων (Drug Delivery): Νανοσωματίδια (Nanoparticles) και Νανοσύρματα Τιτανίου (Titanium Nanowires)
Η μεταφορά φαρμάκων παίζει το ρόλο-κλειδί στη Νευρο-νανοϊατρική (ή Νανονευρολογία), καθώς τονίζεται ο ρόλος των νανοσωματιδίων (nanoparticles) στην εκλεκτικότητα της δράσης τους στο νευρικό ιστό και την διαπερατότητά τους στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό (blood-brain barrier). Έχουν αναπτυχθεί νανοσύρματα τιτανίου που έχουν ενσωματωθεί σε συστοιχίες νανοσωλήνων επίσης από τιτάνιο, ως φορείς μεταφοράς φαρμάκων στον εγκέφαλο.
Αναλύσεις in vitro στο εργαστήριο, έδειξαν ότι οι νανοσυστοιχίες αυτές, μπορούν να μεταφέρουν στον εγκέφαλο από νευροδιαβιβαστές όπως η ντοπαμίνη και οι μεταβολίτες της όπως η L-Dopa για την αντιμετώπιση της νόσου του Parkinson μέχρι και κυτταροστατικά φάρμακα για την αντιμετώπιση καρκινικών όγκων του εγκεφάλου, όπως η δοξορουβικίνη, με ρυθμό βραδείας αποδέσμευσής τους πάνω στον ιστό αλλά γρήγορης και άμεσης δράσης τους στον ιστό, επιτυγχάνοντας έτσι το μέγιστο δυνατό θεραπευτικό αποτέλεσμα σε διάστημα, από έξι ώρες μέχρι μερικές εβδομάδες, χωρίς να χρειάζεται ο ασθενής να παίρνει συχνά και διαρκώς τις δόσεις του φαρμάκου του και αποφεύγοντας τις συχνές επισκέψεις στο νοσοκομείο για χημειοθεραπείες (στην περίπτωση του καρκίνου του εγκεφάλου) (Gulati, K., Aw, M.S., and Losic, D., 2012).
Νευροηλεκτρόδια (Νeural Electrodes)
Mία άλλη σημαντική καινοτόμος προσέγγιση στη Νανονευρολογία είναι η χρήση ηλεκτροδίων στον εγκέφαλο για τον έλεγχο της ηλεκτροφυσιολογίας είτε μεμονωμένων κυτταρικών ομάδων είτε ολόκληρων δικτύων και ανατομικών περιοχών το εγκεφάλου. Ηλεκτρόδια μαζί με μικροσκοπικές ηλεκτρονικές συσκευές εμφυτεύονται στον εγκέφαλο για να καταγράψουν τη λειτουργία του και για να διαγείρουν τους νευρώνικούς πληθυσμούς συγκεκριμένων περιοχών του.
Τα ηλεκτρόδια ήδη χρησιμοποιούνται στην καθημερινή κλινική πραξη, στη Νευροχειρουργική και στην Επεμβατική Νευρολογία, οπως στην Ηλεκτροφλοιογραφία (Electrocorticography) σε νευροχειρουργικές επεμβάσεις που αφορούν την επιληψία και τις ακούσιες κινήσεις (όπως το Parkinson). Tο μεγάλο πρόβλημα είναι ότι η διαρκής παραμονή των ηλεκτροδίων στον εγκέφαλο, ειδικά σε περιπτώσεις ασθενών με Parkinson και επιληψία, που έχουν υποβληθεί σε εμφύτευση νευρωνικού διεγέρτη-βηματοδότη μέσω Βαθείας Εγκεφαλικής Διέγερσης (Deep Brain Stimulation Implants), προκαλεί ανεπιθύμητα συμπτώματα, καθώς και μολύνσεις της περιοχής. Οπότε, εδώ χρειάζεται η ανάπτυξη ηλεκτροδίων με μικρότερο μέγεθος για την αύξηση της ακρίβειας διέγερσης-καταγραφής αλλά και μια πιο βιολογικά ευέλικτη και φιλική διεπαφή με τον εγκέφαλο του ασθενή, βασισμένη σε νανοδομημένα βιοϋλικά (nanocomposite biomaterials).
Έτσι η ανάπτυξη μικροηλεκτροδίων με βιοδιασπώμενους νανοδομημένους πολυμερικούς φορείς διεπαφής (interfaces-interfacial probes) καθώς και υψηλής ακρίβειας νανοηλεκτροδίων από νανοϋλικά (όπως νανοσωλήνες άνθρακα-CNT's), είναι απαραίτητη για την πρόοδο των εμφυτεύσιμων νευροεπεμβατικών συσκευών στην κλινική πράξη, που όσο πάμε πιο μακριά στο μέλλον, ενδέχεται να είναι απαραίτητες οι εμφυτεύσιμες συσκευές αυτές και στους υγιείς ανθρώπους για την απόκτηση υψηλής ποιότητας νοητικές λειτουργίες καθώς και ενδοεπικοινωνίας μεταξύ των ανθρώπων! H διεπαφή του εγκεφάλου με τα νανοηλεκτρόδια και τους υπολογιστές (BCI-Brain-Computer Interfaces) θα επιφέρουν εντυπωσιακά αποτελέσματα, όπου η σημερινή επικοινωνία μέσω internet θα φαίνεται απαρχαιωμένη..
Προαγωγή Νευροαύξησης (Neural Growth Promotion)
H επαγωγή της τεχνητής νευροαύξησης με τη χρήση και μεταφορά στον εγκέφαλο νευροαυξητικών παραγόντων ή νευροτροφινών (neurotrohpines) που θα μεταφέρονται σε νανοφορείς (drug delivery nanovectors), θα αποτελέσει μια νέα γενεά στην ενίσχυση των γνωσιακών λειτουργιών κι επομένως στο Neurohacking και τη Νευροεπέμβαση. Η χρήση των νανοϋλικών στην περίπτωση αυτή, επιστρατεύεται για να κατασκευαστούν οι νανοφορείς των νευροαυξητικών παραγόντων αυτών, που χωρίζονται σε νανοσωματίδια (nanoparticles) δυο κατηγοριών: στις νανοσφαίρες (nanospheres) και στις νανοκάψουλες (nanocapsules).
Oι νανοσφαίρες, είναι τύπος νανοσωματιδίων που αποτελούνται από βιοδιασπώμενο πολυμερές υλικό σφαιρικής διαρμόρφωσης και σχήματος κι εντός του σφαιρικού πολυμερούς αυτού εμπεριέχεται ο νευροαυξητικός παράγοντας. Οι νανοκάψουλες είναι νανοδομημένα πεπλατυσμένα ή σφαιρικά κυστίδια που εμπεριέχουν την νευροαυξητική ουσία αλλά περιβάλλονται από μια συμπαγή μάζα ελαίου ή γαλακτώματος μαζί με εγκλεισμένου εσωτερικά νερού, εγκλεισμένων όλων αυτών μαζί σε μια απλή λεπτή μεμβράνη πολυμερούς. Ο πυρήνας της νανοκάψουλας είναι συνήθως υγρός ή ελαιώδης ενώ της νανοσφαίρας δεν είναι.
Ένα άλλο υλικό που έχει προταθεί στη Νανονευρολογία, είναι το υπόστρωμα αερογέλης (aerogel substrate). Πρόκειται για ένα νανοδομημένο μεσοπορώδες πυριτικό υλικό (nanocomposite mesoporous silica material) που αποτελείται από πολυουρία (ελαστομερές υλικό, παράγωγο χημικής αντίδρασης ισοκυανικού και συνθετικής ρητίνης) που έχει αναμιχθεί με αερογέλη σιλικόνης (δηλαδή πυριτίου) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως νανοφορέας για την μεταφορά νευροαυξητικών παραγόντων στον εγκέφαλο (Sabri, F., Cole, J.A., Scarbrough, M.C., and Leventis, N., 2012).
Οι πυριτικές αερογέλες είναι ιδανικά υλικά στην εγκεφαλική εμφύτευση και λειτουργούν ως ικριώματα (scaffolds) γιατί διαφορφώνουν ιδανικά μικροπεριβάλλοντα για νευρωνικά εμφυτεύματα και αλληλεπιδρούν ευέλικτα και φιλικότατα με το νευρικό ιστό κι επομένως μπορούν να χρησιμεύσουν ως υψηλής ποιότητας νανοφορείς μεταφοράς νευροαυξητικών παραγόντων (νευροτροφινών) σε αυτόν με σκοπό την ανάπτυξη νευρώνων και συνάψεων και την αναγέννηση το κατεστραμμένου νευρικού ιστού ύστερα από εγκεφαλικές βλάβες, βλάβες στο περιφερικό νευρικό σύστημα και από ατυχήματα, νευροεκφυλιστικές βλάβες κι εγκεφαλικά επεισόδια. Με βάση τα εμφυτεύματα αυτά, οι νευροαυξητικοί παράγοντες δρουν στα τοπικά βλαστοκύτταρα (νευροβλάστες) που βρίσκεται στην περιοχή της εμφύτευσης, προκαλώντας την αναγέννηση νεων νευρώνων και νευρικών αξόνων (Sabri, F., Cole, J.A., Scarbrough, M.C., and Leventis, N., 2012). Επίσης ο συνδυασμός εμφυτευμένου ικριώματος πυριτικών υδρογελών με νευροαυξητικούς παράγοντες και βλαστοκύτταρα (νευροβλαστικές σειρές), αποτελούν την ιδανική στρατηγική για την ανάκαμψη ασθενών με εγκεφαλικές βλάβες, βλάβες στο περιφερικό νευρικό σύστημα και χρόνιες νευρολογικές παθήσεις και αναπηρίες όπως η Τραυματική Εγκεφαλική Βλάβη (Traumatic Brain Injury), η Πλάγια Μυοατροφική Σκλήρυνση (ΑLS) και η Σκλήρυνση Κατά Πλάκας, (Multiple Sclerosis).
Τέλος, η χρήση νανοδομημένων υλικών από Νανοσωλήνες Άνθρακα (Carbon Nanotubes-CNT's) και κυρίως από Πολύτοιχους Νανοσωλήνες Άνθρακα (Multiwalled Carbon Nanotubes-MWCNT's), είναι αρκετά ευέλικτη ως προσέγγιση, όχι μόνο για την μεταφορά νευροαυξητικών παραγόντων για την επέκταση των νευραξόνων κατεστραμμένων νεύρων του εγκεφάλου αλλά και για την επικάλυψη των μικροηλεκτροδίων καταγραφής ή διέγερσης που φέρουν οι εμφυτεύσιμες συστοιχίες και νευροηλεκτρονικές συσκευές, που οδηγεί στην βελτίωση του προβλήματος της οργανικής-ανόργανης διεπαφής του εμφυτευμένου ηλεκτροδίου με το νευρικό ιστό (Eleni, V., Antoniadou, E.V., Ahmad, R.K., Jackman, R.B., and Seifalian, A.M., 2011).
Νανορομποτική και Εγκέφαλος
Η Νανορομποτική είναι κλάδος εφαρμογών της Μοριακής Νανοτεχνολογίας, δηλαδή, όπως είχα αναφέρει και σε προηγούμενο άρθρο μου, της Από Κάτω Προς Τα Πάνω (Bottom-Up) προσέγγισης στη Νανοτεχνολογία για την επίτευξη της Μοριακής Μηχανοσύνθεσης (Molecular Mechanosynthesis) συστημάτων όπως μοριακών μηχανών, περίπλοκων κινούμενων νανοσυστημάτων και αυτο-αναπαραγόμενων νανορομπότ (self-replicating “nanites“).
Εδώ γεννάται ένας ευρύς τομέας αλληλεπίδρασης της Νανοτεχνολογίας και της Νανοϊατρικής με την Ψυχιατρική και την Ψυχολογία: To Nanocognition ή Νανογνωσιακή Επέμβαση που θα αποτελέσει κύριο τμήμα και τομεά εφαρμογών της Κοσμητικής Νευρολογίας που ανέφερα πιο πάνω. Λίγο πολύ είμαστε εξοικιωμένοι με τα νανορομπότ από τις ταινίες επιστημονικής φαντασίας όπως το Star Trek. Όμως, τα νανορομπότ, ως concept, υπάρχουν ήδη στη διεθνή βιβλιογραφία. Ο Αμερικανός Νανοεπιστήμονας Robert Freitas (o Junior), κάτοχος του Βραβείου Feynman στη Νανοτεχνολογία και ανεξάρτητος ερευνητής (senior reserch fellow) του Ινστιτούτου Μοριακής Κατασκευαστικής (Institute of Molecular Manufacturing) στο Palo Alto της Καλιφόρνια, στη βιβλιογραφία του, έχει προτείνει αρκετούς τύπους ιατρικών νανορομπότ. Μερικά από αυτά είναι τα ρεσπιροκύτταρα (respirocytes), τα χρωμαλοκύτταρα (chromallocytes), τα κλοτοκύτταρα (clottocytes), τα φαρμακύτταρα (pharmacytes), τα μικροβιοφάγα (microbivores) και τα αγγειοειδή (vasculoids) (Freitas, R., Jr., 2003), τα οποία μπορούν να επιτελέσουν πολλές λειτουργίες μέσα στο ανθρώπινο σώματα όπως αναπνοή, καθαρισμό του οργανισμού από παθογόνους μικροοργανισμούς και τοξικές ουσίες, μεταφορά φαρμάκων, αναπρογραμματισμό της πυρηνικής χρωματίνης των κυττάρων μας, επιγενετικό έλεγχο και επιγενετική ρύθμιση, αύξηση σωματικών και νοητικών λειτουργιών και αντιγήρανση (Freitas, R., Jr., 2003).
Αν μπορούσαμε να συνδυάσουμε όλες αυτές τις θαυμαστές παρεμβάσεις που θα μας προσέφεραν τα νανορομπότ στο σώμα μας και στο νου μας, τότε θα μπορούσαμε να πούμε ότι με την εφαρμογή τους στον οργανισμό και στον εγκέφαλό μας, θα μπορούσαμε να επιτύχουμε και θαυμαστές νοητικές ικανότητες, αλλά και την ίδια την....αθανασία! Βέβαια, μία από τις πρωταρχικές και επιτακτικές ανάγκες στη νανοπαρέμβαση, θα ήταν να διατηρήσουμε τον εγκέφαλό μας και τις γνωσιακές λειτουργίες του ακέραιες και ανέπαφες από τη φθορά του χρόνου. Η γήρανση ως παθογενετικός μηχανισμός, προέρχεται ως επί το πλείστον από τη συσσώρευση άχρηστου κυτταρικού φορτίου μέσα στα κύτταρά μας. Στην περίπτωση των νευρώνων, το άχρηστο αυτό φορτίο συσσωρεύεται εντός του κυτταροπλάσματος, συμπιέζοντας και καταστρέφοντας τον κυτταροσκελετό των νευρώνων του εγκεφάλου, δημιουργώντας γήρανση, καταστροφή νευρώνων και συνάψεων κι επομένως, έκπτωση γνωσιακών λειτουργιών και άνοιες.
Κατά τη γήρανση του εγκεφάλου, στους νευρώνες συσσωρεύεται η λιποφουσκίνη, μια συστάδα άχρηστων προϊόντων λιπιδίων με κοκκώδη μορφή κίτρινου-καφέ χρώματος, που εμφανίζονται με τη μορφή κόκκων και αποτίθενται στα κυτταρικά σώματα των νευρώνων ως άχρηστα προϊόντα της αποικοδόμησης μακρομορίων από τα λυσοσώματα των κυττάρων κατά τη διάρκεια του κυτταρικού μεταβολισμού. Τα λυσοσώματα είναι καταβολικά οργανίδια που διαθέτουν πρωτεολυτικά ένζυμα που διασπούν άχρηστα προϊοντα μεταβολισμού και παθογόνους μικροοργανισμούς που εγκολπώνονται μέσα στα κύτταρα. Τα κοκκώδη συσσωματώματα όμως λιποφουσκίνης δηλαδή, είναι τα παρεπόμενα προϊόντα της λυσοσωμικής αποικοδόμησης και προοδευτικά εναποτίθενται σε όλους τους ιστούς του σώματος και στο νευρικό ιστό κατά μεγάλες ποσότητες, σε σημείο που προοοδευτικά τον καταστρέφουν, ευοδώνοντας την εμφάνιση νευροεκφυλιστικών βλαβών, όπως το Alzheimer και το Parkinson.
Διάφορα concepts έχουν προταθεί για την αφαίρεση λιποφουσκίνης από τα κύτταρα που αφορά τη χρήση της Νανοτεχνολογίας. Από τη χρήση νανοσωματιδίων σιδήρου και χαλκού και την καθοδήγησή τους στα κύτταρα μέσω μονοκλωνικών αντισωμάτων για τη λιποφουσκίνη και την θέρμανσή τους με, μαγνητικά πεδία, υπέρυθρα laser και υπερήχους για την διάλυση των συσσωματωμάτων λιποφουσκίνης (Lowery, A.R., Gobin, A.M., Day, E.S., Halas, N.J., 2006), μέχρι τη χρήση νανοκελυφών (nanoshells) χρυσού για την στόχευση της λιποφουσκίνης και της β-αμυλοειδούς πρωτεϊνης, ως στρατηγική για την αναστροφή των συμπτωμάτων της νόσου Alzheimer σε ηλικιωμένους ασθενείς (Bardhan, R., Grady, N.K., Ali, T., and Halas, N.J., 2010).
Όμως, τίποτα από όλα αυτά δεν μπορεί να διαλύσει τη λιποφουσκίνη και τα υπόλοιπα άχρηστα προϊόντα και να καθαρίσει τα κύτταρα από τα μοριακά βαρέα φορτία που επάγουν τη γήρανσή τους, εκτός από το concept της Μοριακής Νανοτεχνολογίας και της Νανορομποτικής, η οποία θα αποτελέσει και το “Ιερό Δισκοπότηρο“ της Γεροντολογίας και της Γηριατρικής του μέλλοντος.
Στα μέσα της δεκαετίας του '90, ο Σχεδιαστής Μηχανικός Συστημάτων (Systems Engineer and Designer) Frank Boehm, συνέλαβε το concept περί της κατασκευής ενός νανοσκοπικού ρομπότ από διαμάντι, το οποίο θα έχει κατασκευαστεί με Μοριακή Διαμοντοειδή Μηχανοσύνθεση (Molecular Diamondoid Mechanosynthesis) και θα “τρώει“ κυριολεκτικά και ολοκληρωτικά τη λιποφουσκίνη από τα κύτταρα, πέπτοντάς την στο εσωτερικό (core) μοριακό “πεπτικό“ τους σύστημα (που θα έχει τη μορφή νανοτουρμπίνας) και αποβάλοντάς της με τη μορφή μεμονωμένων χημικών στοιχείων. Η λειτουργική νανο-αρχιτεκτονική αυτή, βασίζεται στο μηχανολογικό πρότυπο digest-discharge (αποβολή-αποφόρτιση) (Boehm, F., 2013). Το συγκεκριμένο νανορομπότ μοιάζει στη λειτουργία με το μικροβιοφάγο νανορομπότ (microbivore) του Robert Freitas και λειτουργεί με το ίδιο μηχανολογικό πρότυπο (Freitas Jr., R.A., 2005). Τόσο ο Boehm όσο και ο Freitas, τη δεκαετία του '90 που ανέπτυσσαν τις ιδέες τους (πριν τις αποδώσουν στα βιβλία τις μετέπειτα χρονιές που ακολούθησαν), μάλλον εμπνέονταν ο ένας από τον άλλον.
Το συγκεκριμένο νανορομπότ θα διαθέτει και ένα ενσωματώμενο σύστημα ενζύμων στην τουρμπίνα του (core) που θα πέπτουν τη λιποφουσκίνη καθώς και μια συστοιχία από ταλαντούμενα πιεζοηλεκτρικά πτερύγια που θα το καθιστούν ικανό να κολυμπάει μέσα στο σώμα και στα κύτταρα, καθώς και έναν φορτιστή από ενσωματωμένα μαγνητικά νανοσωματίδια στο ρύγχος του, που θα το καθιστά ελεγχόμενο από εξωτερική υπολογιστική πηγή (Computer Interface) μέσω μαγνητικών πεδίων που θα χρησιμοποιεί ο εκάστοτε ειδικός επιστήμονας (ειδικός στη Νανοϊατρική ή τη Γεροντολογία-Γηριατρική) για την πλοήγησή του στο σώμα του ασθενούς (Boehm, F., 2013).
Το νανορομπότ αυτό, ονομάστηκε Defuscin Nanorobot, και προτάθηκε ως το πρότυπο νανορομπότ που θα αναστρέψει τη διαδικασία της γήρανσης. Βέβαια, αξίζει να σημειωθεί ότι δεν έχει συντεθεί σε κανένα εργαστήριο Νανοτεχνολογίας ποτέ ένα τέτοιο τεχνητό “ “λαίμαργο“ και “αδηφάγο“ νανορομπότ που θα απάλασσε τον άνθρωπο από το λαίμαργο και αδηφάγο γήρας του που τον οδηγεί τόσες χιλιετηρίδες στο θάνατο.... Βέβαια, πάντα στο μέλλον υπάρχει ελπίδα και μάλιστα οι προβλέψεις των Φουτουριστών είναι ευοίωνες.
Το μέλλον της Νανογνωσιακής Επέμβασης
Βλέπουμε λοιπόν ότι η Νανορομποτική θα καταστήσει υλοποιήσιμη και mainstream τη Νανογνωσιακή Επέμβαση (Interventional Nanocongition ή απλά Nanocongition) και σε συνδυασμό με όλες τις παραπάνω προσεγγίσεις, από τα νανοφάρμακα μέχρι τα νανοηλεκτρόδια, τα εμφυτεύματα, τη χρήση νευροαυξητικών παραγόντων και νανορομπότ, θα μπορέσει ο άνθρωπος να μεταμορφώσει το νου του κατά βούληση και να εξελιχθεί σε μια οντότητα με νοητικές ικανότητες, τιτάνιες σε σχέση με τη σημερινή κατάσταση φυλογενετικής νεοτενίας στην οποία βρίσκεται. Πράγματι, η Νανογνωσιακή Επέμβαση, θα καταστήσει τον άνθρωπο (μετάνθρωπο πια) να μοιάζει με τους... θεούς που η ανθρώπινη μυθοπλασία αποτύπωσε στις παγκόσμιες μυθολογίες του πλανήτη Γη (συμπεριλαμβανομένου και του θεού της βίβλου).
Ίσως τελικά, η Νανοϊατρική Ενίσχυση των Γνωσιακών Λειτουργιών δεν έχει μέλλον, γιατί..... Η ΝΑΝΟΪΑΤΡΙΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΩΝ ΓΝΩΣΙΑΚΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ ΕΙΝΑΙ ΤΟ.... ΜΕΛΛΟΝ!
Συγγραφέας της παρούσας δημοσίευσης:
Γιώργος-Φανούριος Πουλόπουλος
Πηγές-Παραπομπές:
Stroemer, R.P., Kent, T.A., and Hulsebosch, C.E., Enhanced neocortical neural sprouting, synaptogenesis, and behavioral recovery with D-amphetamine therapy after neocortical infarction in rats. Stroke 29(11), 2381–2393, 1998
Gold, P.E., Role of glucose in regulating the brain and cognition. Am. J. Clin. Nutr. 61(4 Suppl), 987S–995S, 1995
Mizumori, S.J., Perez, G.M., Alvarado, M.C., Barnes, C.A., and McNaughton, B.L., Reversible inactivation of the medial septum differentially affects two forms of learning in rats. Brain Res. 528(1), 12–20, 1990
Boehm, F. Boehm, F. Nanomedical Device and Systems Design: Challenges, Possibilities, Visions. CRC Press, 2013. Chapter 17.
Bostrom, N. and Sandberg, A., Cognitive enhancement: Methods, ethics, regulatory challenges. Sci. Eng. Ethics 15(3), 311–341, 2009.
https://ieet.org/index.php/IEET2/category/C44
https://www.crcpress.com/Nanomedical-Device-and-Systems-Design-Challenges-Possibilities-Visions/Boehm/p/book/9780849374982
https://www.slideshare.net/lablogga/perception-in-nanocognition
https://www.slideshare.net/lablogga/philosophy-of-cognitive-enhancement
Yesavage, J.A., Mumenthaler, M.S., Taylor, J.L., Friedman, L., O’Hara, R., Sheikh, J., Tinklenberg, J., and Whitehouse, P.J., Donepezil and flight simulator performance: Effects on retention of complex skills. Neurology 59(1), 123–125, 2002.
Freitas, R., Jr. Nanomedicine, Vol. IIA: Biocompatibility. Austin, TX: Landes Bioscience, 2003.
Freitas Jr., R.A., Microbivores: Artificial mechanical phagocytes using digest and discharge protocol, J. Evol. Technol. 14, 1–52, 2005.
http://www.imm.org/
https://foresight.org/nanotechnology-maps-gene-expression-in-brain/
https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3483592/Nanobot-implants-God-like-intelligence-machines-won-t-overtake-learn-love-scientist-claims.html