Nauka

Mózg działa z taktem

Świat postrzegany w porcjach

Ludzki mózg działa w krótkich, milisekundowych interwałach, których nasze zmysły nie rejestrują. Ludzki mózg działa w krótkich, milisekundowych interwałach, których nasze zmysły nie rejestrują. EAST NEWS
Jeśli nasz mózg źle szatkuje informacje na drobne fragmenty, możemy mieć kłopoty z mówieniem lub koncentracją uwagi. Polscy uczeni wiedzą już, jak takie błędy naprawiać.

Artykuł w wersji audio

Ile trwa sekunda? Chyba nikt nie ma problemów z jej odmierzeniem – wystarczy np. w normalnym tempie wypowiedzieć „sto jeden”. Z dziesiętnymi częściami sekundy nasza wyobraźnia również sobie jeszcze radzi – bo np. mrugnięcie okiem to około jednej czwartej sekundy. Ale krótsze odcinki czasu, jak np. setne czy tysięczne części sekundy, wymykają się już naszemu świadomemu postrzeganiu. Tymczasem dla ludzkiego mózgu właśnie przedziały czasowe liczone w milisekundach stanowią podstawę opracowywania informacji i prawidłowego funkcjonowania. Można by nawet powiedzieć, że 30 milisekund to dla naszego najważniejszego organu liczba nieomal magiczna, wokół której kręci się jego aktywność.

Kiedy bowiem do mózgu docierają jakieś bodźce, np. dwa niejednoczesne dźwięki, to aby rozróżnić, który pojawił się jako pierwszy, przerwa między nimi musi trwać w przybliżeniu co najmniej 30 milisekund (ile dokładnie, zależy od konkretnego mózgu). Gdy z kolei w polu widzenia pojawia się jakiś obiekt, nasz wzrok podąża za nim skokowo. Można te ruchy pogrupować w przedziały czasowe różniące się między sobą właśnie o ok. 30 milisekund. Kolejny przykład: podczas wymawiania tzw. spółgłosek zwartych (np. p, b, k, d) następuje zwarcie narządów artykulacyjnych (np. przód języka uderza w tył górnych zębów lub łączą się wargi), które trwa także jakieś 30 milisekund.

– W czasie jednego z eksperymentów niemal zupełnie przypadkowo odkryliśmy coś jeszcze. Badani przyciskali klawisze na klawiaturze komputera w reakcji na bodźce pojawiające się na monitorze. Okazało się, że czas kontaktu palca z klawiaturą też zmieniał się skokowo co około 30 milisekund – mówi prof. Elżbieta Szeląg, kierownik Pracowni Neuropsychologii w Instytucie Biologii Doświadczalnej PAN.

Metronom z neuronów

Skąd to upodobanie mózgu do 30 milisekund? Okazuje się, że właśnie w tak krótkich odstępach czasu w korze mózgowej następują cykliczne wyładowania neuronów. Można to obrazowo porównać do działania metronomu wybijającego rytm tak, by mózg mógł uporządkować docierające informacje, analogicznie jak wybijający rytm muzycy określają tempo granego utworu.

– Nasze narządy zmysłów są nieustannie bombardowane bodźcami. Gdyby mózg rejestrował to wszystko non stop, byłby przeciążony – wyjaśnia prof. Szeląg. – Dlatego w toku ewolucji wykształciły się mechanizmy integrujące, pozwalające scalać w pewnych przedziałach czasu docierające informacje. Innymi słowy: informacja jest jakby plasterkowana i opracowywana w segmentach.

Prof. Ernst Pöppel, znany niemiecki psycholog i neurobiolog, uważa wręcz, że bez tego szatkowania docierających do nas bodźców nie mogłaby istnieć ludzka świadomość. I ma na to empiryczne dowody. Otóż w trakcie zabiegu operacyjnego podczas stosowania głębokiej narkozy zapis EEG pacjentów wyraźnie pokazuje, że owe 30-milisekundowe neurooscylacje całkowicie zanikają. „Obrazowo mówiąc, wraz z podaniem środka znieczulającego ustaje funkcjonalna łączność pomiędzy komórkami nerwowymi – która w stanie czuwania pozwala zespołom neuronów na skoordynowane działanie – uniemożliwiając uporządkowane przetwarzanie informacji” – pisze niemiecki uczony w swojej książce „Mózg – tajemniczy kosmos” (PIW 2005 r.). Dlatego pacjenci wybudzeni z narkozy nie mają poczucia, że upłynął czas potrzebny na wykonanie operacji i nieraz pytają, kiedy wreszcie zacznie się zabieg. Dla ich mózgów okres znieczulenia to prawdziwa czarna dziura w pamięci.

30-milisekundowe okno, choć niezwykle istotne, nie jest jedynym metronomem mózgu. Można wyróżnić ich co najmniej kilka. Drugie, które zostało dość dobrze zbadane, trwa znacznie dłużej – około trzech sekund – i dotyczy wielu aspektów funkcjonowania człowieka, m.in. mowy, ruchu czy podejmowania decyzji. Kiedy bowiem słuchamy drugiej osoby, to nie zastanawiamy się nad wypowiadanymi przez nią np. głoskami czy sylabami, tylko staramy się uchwycić uporządkowane ciągi myślowe i analizować je jako odrębne całości. – Dlatego tak męczą nas wystąpienia lub wykłady, gdy prelegent monotonnie czyta tekst z kartki lub mówi bardzo szybko w nadziei, że poda więcej informacji. Potrzebujemy przerw, by zrozumieć to, co mówią do nas inni. Z tego powodu w poezji występują pauzy – wersy trwają zazwyczaj ok. 23 sekund jak choćby w trzynastozgłoskowcu takim jak „Pan Tadeusz” – mówi prof. Szeląg.

Jej zespół wykazał również, że nasze problemy ze słuchaniem osób jąkających się nie wynikają z uprzedzeń czy złego wychowania, ale mają podłoże w neurofizjologicznych mechanizmach – pauzy pojawiają się u nich dwa razy rzadziej, bo co ok. 7 sekund.

– Istnienie 3-sekundowego okna zaobserwowaliśmy u ludzi mówiących w różnych językach: polskim, rosyjskim, niemieckim, angielskim i chińskim. A przecież chiński jest językiem tonalnym, innym niż trzy pozostałe. Ten sam wyraz wypowiedziany na innej wysokości dźwięku znaczy zupełnie coś innego. To świadczy, że mamy do czynienia z uniwersalnym dla wszystkich ludzi biologicznym mechanizmem integrowania docierających informacji – dodaje prof. Szeląg.

Co ciekawe, 3-sekundowe okna obserwowane są również podczas aktywności ruchowej. Np. okazało się, że czas trwania uścisku dłoni na powitanie trwa właśnie ok. 3 sekund i zazwyczaj nie lubimy „przetrzymania ręki” lub podania tzw. miękkiej ręki. Zdaniem prof. Szeląg ta zbieżność mowy i ruchów ma swoje źródło w budowie neuroanatomicznej – reprezentacja ruchowo-czuciowa ręki, ust i języka (a zatem aparatu artykulacyjnego) w korze mózgowej znajduje się w bliskim sąsiedztwie i z tego powodu funkcjonowanie obecnych tam neuronów jest sprzężone. Dlatego niezbędnym elementem terapii logopedycznej jest również ruch – trenowanie ręki przekłada się na poprawę mowy.

Podkręcanie mocy

Co z tego wszystkiego wynika – oczywiście poza niezwykle ważnym zgłębianiem tajemnic działania naszego mózgu? Otóż okazuje się, że badanie matryc czasowych, takich jak ta 30-milisekundowa czy 3-sekundowa, przynosi praktyczne korzyści. Ich wadliwe działanie stanowi bowiem podłoże np. niektórych zaburzeń mowy lub deficytów poznawczych (np. problemów z pamięcią u ludzi w podeszłym wieku). A wiedząc to, można owe matryce korygować specjalnymi ćwiczeniami.

Jako pierwsi postanowili wykorzystać tę wiedzę Amerykanie. Dwoje sławnych neurobiologów, prof. Michael Merzenich i prof. Paula Tallal, ponad 10 lat temu założyło firmę Scientific Learning, która wprowadziła do sprzedaży program komputerowy składający się z zestawu ćwiczeń w postaci gier komputerowych. Jest on przeznaczony dla dzieci, u których ma poprawiać niektóre spośród funkcji poznawczych, m.in. sprawność językową, pamięć i uwagę.

– To bardzo ciekawe narzędzie, ale Amerykanie stworzyli je wyłącznie dla dzieci – mówi prof. Szeląg. – Poza tym ich program nie uwzględnia wszystkich matryc czasowych. Bierze pod uwagę jedynie tę kilkudziesięciomilisekundową. Dlatego my postanowiliśmy stworzyć znacznie precyzyjniejsze narzędzia terapeutyczne dostosowane do specyfiki języka polskiego.

Zespół prof. Szeląg opracował testy, dzięki którym można bardzo precyzyjnie określić, czy i która matryca czasowa uległa zaburzeniu. Dzięki temu udało się stwierdzić m.in., że nie pracuje ona prawidłowo u dzieci cierpiących na tzw. specyficzne zaburzenie mowy i języka – mózg wybija rytm co 300 albo 600 milisekund, zamiast co 30 milisekund. Takie dzieci rozwijają się prawidłowo poza jednym obszarem – nie są w stanie posługiwać się mową. Jeśli jednak na powrót usprawni się ich matrycę czasową poprzez wykonywanie dość prostych zadań na komputerze, to dzieci mogą na tyle poprawić swoje kompetencje językowe, by uczęszczać do normalnych szkół.

Podobnie rzecz ma się z niektórymi pacjentami cierpiącymi na zaburzenia mowy spowodowane udarami mózgu. – Również dla nich opracowaliśmy, wspólnie z uczonymi z Niemiec, specjalny zestaw ćwiczeń komputerowych. Co najważniejsze, dzięki ich stosowaniu następuje znaczna poprawa funkcji mowy i jest ona trwała – mówi prof. Szeląg.

To jednak nie koniec zastosowań ćwiczeń matryc, gdyż zespół prof. Szeląg prowadzi także badania nad „podkręcaniem mocy umysłowych” zdrowych dorosłych ludzi – a konkretnie takich funkcji poznawczych, jak pamięć, uwaga, uczenie się nowych informacji. W tym roku zespół opublikował artykuł w bardzo dobrym amerykańskim czasopiśmie naukowym „Neurobiology of Learning and Memory” na temat neuronalnego podłoża owych matryc. Badania wykazały, że u zdrowych studentów ćwiczących matrycę czasową za pomocą zaprojektowanych przez zespół programów komputerowych następuje poprawa funkcji poznawczych. Co więcej, dzięki zastosowaniu skanera fMRI (funkcjonalnego rezonansu magnetycznego) udało się pokazać, że u młodych ludzi po treningu mózg uaktywnia się inaczej niż przed treningiem. – Zatem następuje przeorganizowanie pracy neuronów – mówi prof. Szeląg.

Terapia szuka sponsora

Prof. Szeląg z zespołem pracuje także nad programami komputerowymi dla osób w wieku 65+, aby również mogły spróbować usprawnić swoją pamięć czy uwagę, które wraz z wiekiem słabną. Na razie projekt jest na wczesnym etapie sprawdzania, na ile skuteczne w przypadku osób starszych są ćwiczenia matryc czasowych i jak trwałe pozostają ich efekty.

Czy programy komputerowe, np. te pomagające dzieciom ze specyficznym zaburzeniem mowy i języka, znajdą się kiedyś poza laboratorium? Według prof. Szeląg przyniosłoby to wymierne korzyści. W wypadku takich dzieci tradycyjna terapia oznacza bowiem sesje z logopedą, co może okazać się niekiedy mało skuteczne, gdyż tradycyjne ćwiczenia nie służą naprawianiu wadliwie działających matryc czasowych. Poza tym specjaliści z reguły dostępni są wyłącznie w większych miastach i zajęci wieloma pacjentami.

– Tymczasem można sobie wyobrazić, że jeden terapeuta przez Internet monitoruje wykonywanie ćwiczeń na komputerach nawet przez kilkadziesięcioro dzieci – wyjaśnia prof. Szeląg. Te programy są tak proste – przypominają gry komputerowe – że potrzebne byłoby wyłącznie sprawdzanie, czy dzieci regularnie je stosują. Oczywiście wcześniej należałoby przeprowadzić diagnostykę, bo przecież nie każde zaburzenie mowy ma u swoich podstaw wadliwie działanie matryc czasowych.

A co z programami dla zdrowych studentów i osób starszych? Czy będzie można kupić je do samodzielnego stosowania w domu? – Na razie zgłosiliśmy do opatentowania nasze metody terapeutyczne. Natomiast nie ma co ukrywać, że z komercjalizacją odkryć jest u nas zupełnie inaczej niż w USA, gdzie naukowcy często są współwłaścicielami firm bazujących na ich własnych osiągnięciach – wzdycha prof. Szeląg. – W Polsce jeszcze daleko nam do takiego myślenia. Szukam więc grantu bądź sponsora, bo programy komputerowe do terapii powinny mieć m.in. atrakcyjną oprawę graficzną. Niestety, nie jest to proste.

Można mieć zatem tylko nadzieję, że prace zespołu prof. Szeląg nie okażą się kolejnym świetny pomysłem polskich uczonych, który z braku pieniędzy nie wyjdzie poza mury laboratorium.

Polityka 51.2010 (2787) z dnia 18.12.2010; Nauka; s. 64
Oryginalny tytuł tekstu: "Mózg działa z taktem"
Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Społeczeństwo

Jak rozpoznać depresję u dzieci?

Niedawno pisaliśmy o niewydolnym systemie pomocy dla najmłodszych, którzy coraz częściej zmagają się z problemami psychicznymi. Jak działać, gdy system nie działa? – pytamy Lucynę Kicińską z Fundacji Dajemy Dzieciom Siłę, koordynatorkę telefonu zaufania dla dzieci i młodzieży 116 111.

Joanna Cieśla
09.04.2019
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną