Mózg to wielki specjalista

Ostrość widzenia

Które odkrycie naukowe w minionym roku było najbardziej zaskakujące? Gdyby ktoś zrobił taki ranking, to pewien artykuł z tygodnika „Science”, z początku grudnia, z pewnością zająłby jedną z czołowych lokat. Chodzi o publikację dwojga młodych naukowców z University of Michigan, którzy za pomocą bardzo sprytnego eksperymentu potwierdzili dość niezwykłą hipotezę. Według niej pewien gatunek os potrafi rozpoznawać swoich współplemieńców z roju po… twarzach (jeśli oczywiście uznać, że mają one twarze). Czyżby zatem tego typu umiejętność posiedli nie tylko ludzie i niektóre ssaki, ale obdarzone nieporównanie mniejszymi mózgami owady?

Aby zweryfikować to przypuszczenie, amerykańscy uczeni wzięli pod lupę dwa gatunki os: Polistes fuscatus oraz Polistes metricus. Różnią się one między sobą przede wszystkim formą życia społecznego. Te pierwsze żyją w gniazdach, gdzie rządzi kilka królowych. Żeby zatem uniknąć niepotrzebnych starć i agresji, rój Polistes fuscatus jest mocno zhierarchizowany. A w takiej dość skomplikowanej strukturze niezwykle przydałaby się umiejętność rozpoznawania i pamiętania, kto jest kim. U drugiego gatunku os sprawy mają się znacznie prościej – rządzi jedna królowa, a reszta to w zasadzie równi sobie poddani.

Naukowcy amerykańscy wymyślili eksperyment z udziałem przedstawicieli obydwu tych gatunków. Umieszczali dzikie osy w prostym labiryncie w kształcie litery T. Niemal cała jego podłoga była pod małym (ale nieprzyjemnym dla owadów) napięciem elektrycznym, za to w jednym miejscu znajdowała się bezpieczna strefa bez prądu. Osy miały szansę nauczyć się do niej docierać, gdyż każde z dwojga ramion labiryntu zostało oznaczone osobnym obrazkiem. Były to albo dwa zdjęcia twarzy różnych osobników Polistes fuscatus, albo dwa czarno-białe proste graficzne znaki, albo dwie gąsienice (o różnym ubarwieniu), będące zwierzyną łowną os, jak również dwie przerobione komputerowo twarze os raz jednego, raz drugiego gatunku. Dzięki powtarzanym próbom osy mogły zatem skojarzyć, że np. dana twarz, w odróżnieniu od drugiej, prowadzi do bezpiecznej strefy. Oczywiście pod warunkiem, że owady byłyby w stanie je rozróżnić.

Okazało się, że osy należące do bardziej skomplikowanego społecznie gatunku radziły sobie lepiej w labiryncie, gdy został oznakowany portretami ich pobratymców. Natomiast dla Polistes metricus wartościowszymi wskazówkami graficznymi bezpiecznej strefy były zdjęcia gąsienic i znaki graficzne.

Czyżby więc osy posiadały w mózgach specjalny moduł, który pozwala rozpoznawać twarze? I czy zdolność ta jest zdeterminowana genetycznie, czy też kształtuje się pod wpływem bodźców środowiska? A zatem czy osy Polistes metricus (te z jedną królową w gnieździe), gdyby potrzebowały, też nauczyłyby się rozróżniać twarze?

Spór o moduł

Co ciekawe, podobne pytania dotyczą człowieka. Oczywiście z zastrzeżeniem, że rozpoznawanie twarzy, jak również odczytywanie z nich emocji i innych informacji, stanowi niezaprzeczalną i bardzo ważną umiejętność prawie wszystkich ludzi (dlaczego prawie, o tym za chwilę). Spór natomiast toczy się o to, czy mamy w mózgach moduł, który zajmuje się tylko i wyłącznie tym zadaniem? A jeśli tak, to czy za jego powstanie odpowiadają wyłącznie geny, czy też jest to umiejętność, która może, ale wcale nie musi, wykształcić się dzięki bodźcom płynącym z otoczenia?

Zanim spróbujemy, na podstawie wyników badań z ostatnich lat, odpowiedzieć na te pytania, warto zwrócić uwagę, że zagadnienie to ma znacznie szerszy i starszy kontekst. Chodzi mianowicie o podstawowe zagadnienie, czy niemal cały mózg zajęty jest rozwiązywaniem odmiennych problemów, czy raczej – tu posłużmy się metaforą słynnego amerykańskiego psychologa z Uniwersytetu Harvarda, prof. Stevena Pinkera – przypomina szwajcarski scyzoryk, mający wiele wyspecjalizowanych ostrzy i narzędzi.

Gorący spór na ten temat sięga co najmniej pierwszej połowy XIX w., gdy przywódcami przeciwnych obozów stali się francuski lekarz Jean Pierre Flourens oraz austriacki fizjolog Franz Joseph Gall. Ten drugi opowiadał się za wysoką specjalizacją różnych rejonów mózgu, co zawiodło go na naukowe manowce. Gall stworzył bowiem frenologię – teorię zakładającą, że kształt czaszki stanowi odbicie owych mózgowych modułów i świadczy o cechach psychicznych i zdolnościach umysłowych człowieka. W ten naukowy spór włączyli się nawet ówcześni politycy. Franciszek II Habsburg, ostatni cesarz rzymsko-niemiecki i pierwszy austriacki, zabronił Gallowi wykładać, gdyż jego teoria miała wzbudzać zbyt wielką ekscytację publiczności, a co najgorsze kobiet, i była sprzeczna z moralnością i świętą wiarą. Przeciw „materializmowi” austriackiego uczonego wypowiadał się również Napoleon Bonaparte.

Frenologia wprawdzie upadła, mimo początkowych triumfów, ale nie oznaczało to wcale klęski modułowej koncepcji budowy mózgu. W 1861 r. francuski chirurg Paul Broca wykazał niezbicie, że uszkodzenie konkretnego rejonu mózgu powoduje zaburzenia mowy. Niedługo później niemiecki lekarz Carl Wernicke udowodnił, iż inny obszar tego organu odpowiada za rozumienie mowy. Na początku XX w. osiągnięto konsens, że za sterowanie przez mózg partiami mięśni, wprawiającymi ciało w ruch, oraz odbieranie bodźców czuciowych odpowiadają określone rejony kory mózgowej. Później okazało się również, że hipokamp (nieduża struktura mózgowa w płatach skroniowych) odgrywa ważną rolę w zapamiętywaniu nowych informacji. Nadal nie milknie jednak debata, czy istnieją w mózgu wąsko wyspecjalizowane struktury, odpowiadające za bardzo konkretne funkcje poznawcze.

Przetwarzanie twarzy

Tym zagadnieniem od kilkunastu lat zajmuje się prof. Nancy Kanwisher, pracująca w jednym z najlepszych ośrodków badań nad mózgiem – McGovern Institute for Brain Research w słynnym Massachusetts Institute of Technology. Amerykańska uczona stała się zwolenniczką teorii mózgu-scyzoryka za sprawą prowadzonych m.in. przez siebie badań z użyciem fMRI (funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, pozwalającego na żywo podglądać aktywność mózgu ludzi). Kanwisher w ostatnich latach zajęła się kwestią przetwarzania przez mózg obrazów twarzy, gdyż umiejętność ta stanowi podłoże relacji społecznych Homo sapiens. Według badań psychologów ewolucyjnych twarz ma np. największe znaczenie przy ocenie atrakcyjności fizycznej człowieka. Dlatego nasze mózgi niezwykle wyspecjalizowały się w jej obserwacji – potrafimy np. rozpoznawać oblicza znajomych osób nawet po wielu latach, mimo iż z wiekiem znacznie się zmieniły. Jak mózgom się to udaje, które parametry biorą pod uwagę przy identyfikacji twarzy, tego nie wiadomo.

– Jest natomiast pewne, że za umiejętność tę odpowiada kilka konkretnych niewielkich obszarów mózgu. Tworzą one strukturę, która jest wyłącznie zaangażowana w przetwarzanie obrazów twarzy i nic więcej – to tzw. wrzecionowaty ośrodek analizy twarzy, usytuowany w płatach skroniowych. Wykazały to eksperymenty przeprowadzone przez mój zespół, w trakcie których obserwowaliśmy, jak mózg reaguje na widok różnych klas obiektów. Nasze przypuszczenie potwierdziły również badania osób z uszkodzeniami mózgu

...

[pełna treść dostępna dla abonentów Polityki Cyfrowej]