Księga mózgu - Archiwum tygodnika POLITYKA

POLITYKA

Wtorek, 21 sierpnia 2018

Polityka - nr 2 (2) z dnia 2016-03-02; Niezbędnik Inteligenta. 1/2016. Jak zmieniamy Ziemię. Wynalazki, które wstrząsnęły światem; s. 92-95

W oczekiwaniu na Osobliwość

Mateusz Hohol

Księga mózgu

Od czasów Galileusza rozwój nauki ujmowany jest często metaforycznie jako odczytywanie kart księgi natury. Naukowiec nie jest jednak tylko czytelnikiem – czasem musi przyjmować rolę redaktora lub nawet samego pisarza. Dobrze obrazuje to neuronauka, czyli dziedzina wiedzy na temat maszynerii, jaką jest ludzki mózg.

Mózg to ważąca jedynie ok. 1,5 kg, ale niezwykle skomplikowana maszyneria. Dziś wiemy, że tworzy ją 86 mld neuronów, z czego aż 80 proc. znajduje się w móżdżku, którego względna wielkość to 10 proc. masy całości. Liczbę połączeń między komórkami nerwowymi szacuje się w setkach trylionów – a jeden trylion to 1018. Mózg jest maszyną specyficzną także ze względu na sposób działania – elektryczne impulsy są zamieniane na synapsach na sygnał chemiczny, by znów powrócić na drogę elektryczną. Połączenia synaptyczne różnią się pod względem nasilenia, co sprawia, że liczba ich możliwych konfiguracji jest wręcz zawrotna. Do tego dochodzą jeszcze komórki glejowe o liczebności podobnej do neuronów, które uczestniczą w tworzeniu osłonek mielinowych, wpływając na prędkość neurotransmisji, dostarczają neuronom źródła energii, komunikują się z układem odpornościowym i spełniają wiele innych funkcji.

Wszystkie te elementy tworzą większe całości układające się w sieć neuronalną. Po milionach lat ewolucji architektura ludzkiego mózgu znalazła się w pół drogi między specjalizacją struktur neuronalnych a pełną plastycznością. Jedną z charakterystycznych cech ssaków jest kora mózgowa, która składa się z kolumn neuronalnych, zorganizowanych „w głąb” w sześciu warstwach. Struktury kory mózgowej są wyspecjalizowane w pełnieniu różnych funkcji związanych z percepcją (np. kora wzrokowa w potylicznym płacie mózgu) i działaniem (kora ruchowa w płacie czołowym). Te lokalnie zwarte obszary potrafią łączyć się z odległymi strukturami, także podkorowymi, które wyewoluowały wcześniej. Dzięki temu informacje przetwarzane są z maksymalną wydajnością, ale nie są zarazem całkowicie izolowane. Taką organizację neuronaukowcy nazywają siecią małych światów. Dzięki niej człowiek cechuje się umiejętnością adaptacji do różnych warunków, tworzy kulturę, a jego umysł bogaty jest w życie wewnętrzne.

Pomimo że wciąż brakuje wiedzy na temat niektórych szczegółów całej tej mózgowej układanki, to, czego dowiedzieliśmy się dotychczas, pozwala żywić uzasadnione przekonanie, że – jak pisze filozof John Searle – „zjawiska umysłowe, wszelkie świadome i nieświadome zjawiska psychiczne, doznania wzrokowe czy słuchowe, doznania bólu, łaskotki, swędzenie, myśli, z pewnością całość naszego życia psychicznego, są efektem procesów zachodzących w naszym mózgu”. Neuronauka chce nie tylko odczytać jeden z wielu rozdziałów księgi natury – jej ambicją jest odczytanie ważnych stron księgi natury ludzkiej. Jakie są drogi naszej wiedzy? Dokąd jeszcze może nas zaprowadzić?

Pierwsze kroki: od anatomii do funkcji

Starożytni Grecy nie przywiązywali do mózgu większej wagi – był dla nich jednym z wielu organów w ciele człowieka. Arystoteles twierdził nawet, że rola mózgu sprowadza się do chłodzenia sercowej pneumy. To właśnie serce było jego zdaniem siedliskiem duszy. Z drugiej strony filozof ten spekulował jednak, że w mózgu mieści się tzw. zmysł wspólny, scalający informacje docierające do wszystkich zmysłów. Dopiero mniej więcej w III w. p.n.e. dzięki medykom aleksandryjskim rozpoczęto systematyczne badania anatomii mózgu post mortem, koncentrując się m.in. na móżdżku, oponach i komorach.

Aby odkryć pojedyncze komórki tworzące tkankę mózgową, neuroanatomia musiała czekać wiele stuleci. Choć mikroskop wynaleziono już w XVII w., dopiero w XIX w. udało się uzyskać optymalną jakość obrazu. Czeski fizjolog i anatom Jan Evangelista Purkyně w 1837 r. odkrył i opisał komórkę móżdżku, nazwaną jego nazwiskiem. Po raz pierwszy zaobserwowano wówczas charakterystyczne, rozgałęziające się wypustki (dendryty), wyłaniające się z jednej strony ciała komórkowego, oraz długie włókno z drugiej (akson). Choć mniej więcej w tym samym czasie biologia zaczynała odkrywać komórkową budowę wszystkich organizmów, dominował pogląd, że obiekt obserwacji czeskiego uczonego w istocie jest niesamodzielną częścią jednolitej substancji mózgu.

Prawdziwy przełom nadszedł w 1873 r., gdy Camillo Golgi opracował nowe metody barwienia preparatów. Dzięki temu hiszpański histolog Santiago Ramón y Cajal mógł przystąpić do badań, które pięć lat później wykazały, że dendryty i aksony neuronów łączą się za pomocą synaps. Obiektem badań Cajala był mózg embriona, charakteryzujący się mniejszą gęstością komórek. Tzw. doktryna neuronów wygrała ostatecznie z postrzeganiem mózgu jako jednolitej substancji. Choć Golgi był przeciwnikiem doktryny neuronów, obydwaj uczeni zostali wspólnie uhonorowani Nagrodą Nobla w 1906 r. Mózg stopniowo odkrywał nie tylko sekrety swojej budowy, ale również swojego funkcjonowania.

Już pod koniec XVIII w. Luigi Galvani odkrył elektryczną aktywność układu nerwowego. Dopiero 150 lat później przedstawiono pierwsze wyniki elektrometrycznych badań włókien nerwowych. Następnie zaobserwowano wyładowania neuronów piramidowych w hipokampie kota. Metoda rejestracji aktywności pojedynczych komórek nerwowych przyjęła się szybko. Polega ona na wprowadzeniu bardzo cienkiej elektrody do wnętrza badanego neuronu lub tuż obok niego. Choć w eksperymentach tego typu nie wykorzystuje się spektakularnej maszynerii, rejestrowanie aktywności pojedynczych neuronów jest do ...

[pełna treść dostępna dla abonentów Polityki Cyfrowej]