POLITYKA

Wtorek, 11 grudnia 2018

Polityka - nr 12 (2237) z dnia 2000-03-18; s. 3-9

Raport

Marek Oramus

Czuj zwój!

Mało kto wie, że 18 marca jest obchodzonym także w Polsce Europejskim Dniem Mózgu. Mało kto wie też, że ostatnia dekada XX wieku jest zarazem Dekadą Mózgu. 25 czerwca 1989 r. ówczesny prezydent Stanów Zjednoczonych George Bush rezolucją numer 174 uhonorował w ten sposób nasz najważniejszy organ. Choć inne narządy lub organy mogą poczuć się niedowartościowane – nie było wszak Dnia lub Dekady Ręki, Nogi czy Biustu – trudno zaprzeczyć, że takie wyróżnienie mózgowi od dawna się należało. Parafrazując Montaigne’a, który zauważył, że rozum jest najsprawiedliwiej rozdzielonym dobrem na świecie, bo nikt nie narzeka, że ma go za mało – rzec można, iż podobnie jest i z mózgiem: nikt nie wybrzydza, że dysponuje wybrakowanym albo mało sprawnym modelem. Być może zadowolenie to wynika stąd, iż na dobrą sprawę ciągle nie wiemy, co mamy w głowie.

W potocznej opinii, ale i wśród fachowców, mózg ludzki uchodzi za swego rodzaju fenomen: w objętości nie większej niż półtora litra zostało upakowane jakieś 100 miliardów neuronów. Oczywiście liczba połączeń między nimi idzie jeszcze parę rzędów wyżej. Badaczka angielska Susan Greenfield, autorka monograficznej pracy o mózgu, porównuje to do liczby drzew rosnących na 600 hektarach dżungli amazońskiej. Gdyby każdemu drzewu odpowiadał jeden neuron, to połączeń między nimi jest w przybliżeniu tyle, ile liści na owych drzewach. Z tego punktu widzenia mózg jest najbardziej skomplikowanym urządzeniem, na jakie dotąd natknęliśmy się we wszechświecie.

Do niedawna inwencja badaczy szła w dwóch kierunkach: korzystano z okazji, jakie stwarzało zetknięcie się z ofiarami różnych wypadków, czyniono obserwacje podczas terapii schorzeń mózgu. Nie bezawaryjne działanie, ale właśnie zachowanie mózgu w jego stanach patologicznych było głównym źródłem wiedzy o nim. I po drugie: obmyślano chytre eksperymenty ...

Anatomia mózgu

Paweł Walewski

Ten centralny ośrodek układu nerwowego jest nie tylko maszynerią składającą się ze stu miliardów komórek, ale przede wszystkim fabryką chemiczną, dzięki której może zarządzać wszystkimi naszymi organami i emocjami.

• To właśnie dzięki substancjom chemicznym, zwanym neuroprzekaźnikami, komórki nerwowe wymieniają między sobą informacje i rozkazy: zbliża się wróg – uruchom mięśnie nóg do ucieczki, nadchodzi pora posiłku – daj impuls do produkcji soków trawiennych, jest zimno – zmobilizuj mechanizm termoregulacji. W rzeczywistości informacje przekazywane przez neuromediatory są impulsami elektrycznymi. Nasz mózg – trudno to sobie wyobrazić – pracuje jak generator prądu!

• Zaburzenia w wydzielaniu niektórych neuroprzekaźników – dopaminy, noradrenaliny, serotoniny, acetylocholiny – wywołują nieraz poważne schorzenia, takie jak schizofrenię, depresję, chorobę Parkinsona, a także mogą być przyczyną otyłości lub uzależnień od alkoholu czy nikotyny. Niski poziom serotoniny prowadzi do depresji, niski poziom acetylocholiny stwierdza się u osób z chorobą Alzheimera, duże stężenie dopaminy występuje u schizofreników.

• Tajemnica mózgu kryje się jednak nie tylko w niewidocznych gołym okiem cząsteczkach chemicznych, ale w wyjątkowej budowie – w dużych, prawie półtorakilogramowych półkulach. Są ulokowane symetrycznie po dwóch stronach pojedynczego pnia, który łączy je z rdzeniem kręgowym zakończonym aż na wysokości bioder. Powierzchnia półkul jest tak mocno pofałdowana, że w przybliżeniu zajmuje 1,5 m kw., czyli po rozciągnięciu zajęłaby np. cały blat biurka. Jest otoczona kilkumilimetrową warstwą komórek tworzących korę mózgu, gdzie odbierane są wrażenia zmysłowe – stąd kora wzrokowa, czuciowa, ruchowa. Szczególnie głębokie bruzdy i fałdy rozdzielają obie półkule na płaty: czołowe, skroniowe, ciemieniowe i potyliczne. Płaty skroniowe są siedzibą pamięci i do nich docierają wrażenia słuchowe. Płaty potyliczne odbierają wrażenia wzrokowe. Płaty czołowe zawiadują wolą, planowaniem i uczuciowością.

Także różne części mózgu znajdujące się głęboko pod korą rządzą rozmaitymi funkcjami: podwzgórze połączone z przysadką reguluje wydzielanie hormonów; hipokamp gromadzi zasoby pamięci; w pniu mózgu znajdują się ośrodki kontrolujące oddychanie, krążenie krwi i trawienie; móżdżek koordynuje ruchy ciała i pozwala utrzymać równowagę. Na spodzie mózgu znajdziemy też ciało migdałowate – ośrodek rządzący emocjami.

• Od niedawna dopiero wiemy, że pewna liczba komórek mózgu – kiedyś uznawanych za nieodnawialne – może się regenerować. Podobnie liczba i rozmieszczenie synaps, czyli połączeń między neuronami, zmieniają się w ciągu całego naszego życia, a zwłaszcza podczas nauki. Zapamiętywać możemy wszystko, zaś w zależności od tego, co zapamiętujemy, uaktywniają się różne struktury mózgu. Przypisywana hipokampowi zdolność do zapamiętywania faktów dotyczących miejsc i ludzi nie wyczerpuje zatem fenomenu pamięci ani zdolności uczenia się. To, że potrafimy pływać lub jeździć na rowerze i pamiętamy, jak się to robi – wynika z powiązania sprawności móżdżku ze skomplikowanymi układami neuronów rozproszonych na dużym obszarze kory mózgowej i ze strukturą podkorową nazwaną prążkowiem.

• Anatomia mózgu to z pewnością najlepiej poznana obecnie dziedzina neurobiologii. Wiele poetyckich porównań nawiązujących do struktury mózgu („tyle w nim komórek, ile gwiazd w galaktyce”) brało się do tej pory z niemocy nazwania wielu rzeczy po imieniu. Dziś możemy już opierać się na faktach. Minęły czasy, gdy badania nad mózgiem biegły dwutorowo. Swoje eksperymenty we własnych pracowniach prowadzili neurofizjolodzy, neurochirurdzy, psychofizjolodzy, a w innych laboratoriach – chemicy, fizycy i matematycy. W końcu udało się połączyć siły uczonych, a rozmach prowadzonych badań pozwoli zapewne niedługo rozwiązać kolejne tajemnice centralnego układu nerwowego.

Paweł Walewski

Sen

Na temat roli snu w fizjologii mózgu formułowane są sprzeczne hipotezy. Jedna z nich zakłada, że mózg oczyszcza się poprzez generowanie marzeń sennych. Mówiąc mniej elegancko, sny są rodzajem psychicznego kału, którego umysł musi się pozbyć, by należycie funkcjonować na jawie. Inne podejście sugeruje, że sen ma umożliwiać zapamiętywanie istotnych dla mózgu i jego właściciela informacji. Każdy z nas doświadczył chyba wrażenia, kiedy we śnie ujrzał pewien problem jasno i znalazł jego rozwiązanie. Wśród artystów i uczonych nie brak opinii, że najlepsze pomysły i koncepcje przychodzą do głowy właśnie podczas snu. Jeszcze inna koncepcja głosi, że odpoczywający mózg próbuje nadawać jakieś znaczenie prądom błądzącym, pojawiającym się głównie w pniu mózgu. Nie są więc te wizje naładowane znaczeniami, a przeciwnie – najzwyczajniej w świecie nic nie znaczą. Tak czy owak 95 proc. tego co śnimy, ulega natychmiastowemu zapomnieniu.

Nowa kora

Przez wiele lat w medycynie obowiązywał dogmat, że po uzyskaniu pełnych rozmiarów mózg ludzki może tylko nieodwracalnie tracić komórki nerwowe, bez żadnej możliwości ich regeneracji. Ostatnie badania mózgów małp sugerują, że część kory mózgowej jest stale wymieniana. Pewna liczba komórek istotnie stopniowo zanika z biegiem czasu, inne giną wskutek rozmaitych kontuzji, a także w wyniku nadużywania alkoholu. Odnawiać się mogą także komórki nerwowe spoza samego mózgu – z rdzenia kręgowego. Odkrycie to potwierdza, że kora mózgowa jest ciągle w ruchu, jak nieustannie przebudowująca się maszyna, reagująca w ten sposób na bodźce otoczenia.

Dekada mózgu: dorobek i rozczarowania

Prof. Małgorzata Kossut:

Pomysł na Dekadę Mózgu zrodził się w Ameryce na fali rosnącego zainteresowania neurobiologią, neurologią i psychiatrią. Niesłychany postęp w naukach podstawowych – biologii, chemii i fizyce – sprawił, że naukowcy zajmujący się mózgiem poczuli się nagle w komfortowej sytuacji; jakby natura sama pchała im się do rąk i odkrywała swoje tajemnice. Wydawało się, że wraz z zainicjowaniem Dekady Mózgu, wspartej decyzjami polityków o przyznaniu na badania zwielokrotnionych funduszy, uda się je przyspieszyć. Oczywiście badania te i tak biegłyby swoim torem, ale dla osoby z uszkodzonym rdzeniem kręgowym nie jest przecież bez znaczenia, czy skuteczną terapię otrzyma za trzy lata, czy za trzydzieści. Dekada Mózgu miała być więc nie tylko propagandowym hasłem, ale mieścił się w niej cel praktyczny – polepszenie wyników leczenia chorób neurologicznych i psychicznych: choroby Parkinsona, Alzheimera, autyzmu, padaczki, depresji, schizofrenii, udarów. Czy to się udało?

Opracowano nowe metody terapii wylewów. Testowane są kombinacje czynników wzrostowych, które mogą przyspieszyć regenerację komórek w uszkodzonym rdzeniu kręgowym. Skuteczna terapia, przywracająca pacjentom ze złamanym kręgosłupem władzę w sparaliżowanych kończynach, jest coraz bliżej. W psychiatrii wprowadzono nowoczesne leki, które wywołują coraz mniej objawów niepożądanych i pozwalają na leczenie chorych w domu. Ale jest i pierwsze rozczarowanie Dekadą: nie udało się dociec przyczyn chorób psychicznych ani wyjaśnić kwestii ich genetycznego uwarunkowania. Wciąż wiemy, co dzieje się w chorym mózgu, ale nie wiemy, dlaczego.

Nikt po aptekarsku nie zmierzy, o ile zwiększyła się w ciągu tych dziesięciu lat nasza wiedza o mózgu. Na pewno wiemy, do czego mózg jest zdolny, ale jeszcze nie wiemy wszystkiego o tym, w jaki sposób pracuje. Wiadomo na przykład, gdzie powstają emocje, myśli, umiejętność posługiwania się językiem, choć nie wiemy, jak się to dzieje. Dziś można już zajrzeć do środka mózgu bez otwierania czaszki. Jedyną wadą nowoczesnych metod – rezonansu magnetycznego czy pozytonowej tomografii emisyjnej – pozostaje niewielka rozdzielczość, uniemożliwiająca wniknięcie do konkretnych komórek. Ale i tu widać postęp, bo u żywej myszy można już dzięki bardzo wyrafinowanej metodzie mikroskopowej, wykorzystującej skupioną wiązkę światła laserowego, zajrzeć w żądaną warstwę kory mózgowej i wyraźnie zobaczyć nawet wypustki neuronów.

Do ludzkiego żywego mózgu zawsze było trudniej się dostać. Mimo to stale schodzimy ze skali makro do skali mikro i to, co poznajemy dzięki nowoczesnym technikom badania, stale nas zaskakuje. Kiedyś przypuszczano, że wszystko już wiadomo na temat połączeń między różnymi ośrodkami w mózgu. Nowe metody ujawniły tych połączeń, nieraz bardzo specyficznych, dziesięciokrotnie więcej. W przypadku dziesięciu neuronów można było ogarnąć myślą, jak jeden wpływa na drugi. Ale w naszych mózgach jest sto miliardów komórek i każda łączy się średnio z dziesięcioma tysiącami innych. Bez matematycznego opracowania komputerowego naukowiec się gubi. Przykładem są poszukiwania śladów pamięci. Okazało się, że pamięć nie zależy od struktury jakichś białek, ale od siły połączeń między neuronami. Udało się do tej pory zrozumieć długą kaskadę wydarzeń – jak impuls elektryczny wpływa na przepływ jonów między komórkami, na ruch receptorów, na aktywację genów w jądrze – ale jak ta sieć połączeń między neuronami się tworzy i jak jest w nich odczytywana informacja, tego wciąż nie wiemy.

Nie tylko matematycy zostali włączeni do badań nad mózgiem. Wiele spodziewam się po współpracy neurobiologów z elektronikami, bo owocem tej współpracy jest już sztuczne oko, o którym niedawno mogliśmy usłyszeć (POLITYKA 6). Nasze zmysły, sprzęgnięte z mózgiem, fascynowały naukowców od dawna. Pierwsze badania dotyczyły zmysłu dotyku, słuchu i wzroku, dzięki czemu rozwiązano już prawie wszystkie tajemnice mechanizmu percepcji słuchowej, czucia bólu i biologii widzenia. Teraz czas na następne zmysły: węchu i smaku – ileż kryje się w nich zagadek!

Jednym z największych osiągnięć Dekady Mózgu było odkrycie neurogenezy, czyli możliwości tworzenia nowych neuronów w dorosłym mózgu ludzkim. Zresztą mózg posiada wspaniałe zdolności kompensacji, czyli przejmowania różnych funkcji w zastępstwie uszkodzonych części, które dawniej za nie odpowiadały. Często się przecież zdarzają mechaniczne uszkodzenia różnych fragmentów mózgu (np. w następstwie urazu). Funkcja do tej pory wykonywana przez zniszczone komórki po pewnym czasie odnawia się, przejęta przez inną część mózgu. To wskazuje na jego olbrzymią plastyczność. Można ją zwiększać i pielęgnować sprawność mózgu prostymi ćwiczeniami: na przykład jeździć do pracy każdego dnia inną drogą, ubierać się z zamkniętymi oczami, codziennie zapamiętać cytat lub zwrotkę wiersza. Każdy wysiłek intelektualny wyjdzie mózgowi na dobre.

Prof. Małgorzata Kossut jest neurobiologiem. Kieruje Pracownią Plastyczności Kory Mózgowej w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w Warszawie. Pracuje w Europejskim Stowarzyszeniu na rzecz Krzewienia Wiedzy o Mózgu DANA.