Στη λίστα του Quanta Magazine με τις σημαντικότερες ανακαλύψεις στη Βιολογία για το έτος 2020 βρέθηκε μία μελέτη από το εργαστήριο της Διευθύντριας Ερευνών Δρ Παναγιώτας Ποϊράζη στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του ΙΤΕ.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε τον Ιανουάριο του 2020 στο επιστημονικό περιοδικό Science, περιέγραφε ένα νέο είδος ηλεκτρικού δυναμικού σε νευρώνες του ανθρώπινου εγκεφάλου, το οποίο τους επιτρέπει να λύνουν πολύπλοκα μαθηματικά προβλήματα που θεωρούνταν άλυτα σε επίπεδο νευρώνα.

Συγκεκριμένα, ο Δρ. Albert Gidon στο εργαστήριο του Δρ. Matthew Larkum στο Πανεπιστήμιο Humboldt στο Βερολίνο ανακάλυψε ένα νέο είδος δενδριτικού δυναμικού που δεν έχει περιγραφεί μέχρι στιγμής σε άλλα θηλαστικά. Το συγκεκριμένο δυναμικό έχει την εξής ιδιαιτερότητα – το μέγεθός του, αντί να αυξάνει σε ισχυρά ερεθίσματα γίνεται πολύ μικρότερο, κάτι που έρχεται σε αντίθεση με ότι έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα σε νευρώνες άλλων θηλαστικών.

Η ανακάλυψη αυτή γέννησε το ερώτημα του «τι προσδίδουν τα συγκεκριμένα δυναμικά στον νευρώνα; Ποιος είναι άραγε ο λειτουργικός τους ρόλος;»

Την απάντηση έδωσαν βιοφυσικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν από την Δρ Νάση Παπουτσή στο εργαστήριο Υπολογιστικών Νευροεπιστημών της Δρ Παναγιώτας Ποϊράζη στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του ΙΤΕ. Τα μοντέλα αποκάλυψαν ότι οι δενδρίτες των ανθρώπινων νευρώνων τους επιτρέπουν να επιλύσουν το μαθηματικό πρόβλημα Exclusive OR (XOR), ένα πρόβλημα που λύνεται μόνο από πολύπλοκα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και θεωρείτο αδύνατο να επιλυθεί σε επίπεδο απλού νευρώνα.

Η μελέτη αυτή προσδίδει στους ανθρώπινους νευρώνες ιδιαίτερα αυξημένες υπολογιστικές ικανότητες. ‘Ενας μόνον ανθρώπινος νευρώνας, και συγκεκριμένα ο βασικός του δενδρίτης, επαρκεί για να επιλυθούν μαθηματικά προβλήματα τα οποία σε άλλα θηλαστικά θα απαίτουσαν ολόκληρα δίκτυα νευρώνων. Κατά πόσο αυτές οι αυξημένες υπολογιστικές ικανότητες, όπως είναι πιθανόν, συμβάλλουν στην ανθρώπινη νοημοσύνη, παραμένει ανοικτό ερώτημα.