Miej własną politykę.

Pierwszy miesiąc prenumeraty tylko 11,90 zł!

Subskrybuj
Nauka

Ostrość widzenia

Mózg to wielki specjalista

Nasz mózg jest niezwykle plastyczny. Dowodem - istnienie rejonu, który aktywizuje się tylko przy rozpoznawaniu liter. Nasz mózg jest niezwykle plastyczny. Dowodem - istnienie rejonu, który aktywizuje się tylko przy rozpoznawaniu liter. Corbis
Czy mózg myśli „cały”, czy do poszczególnych zadań wykorzystuje wyspecjalizowane rejony? Trochę światła na ten dylemat rzuciły ostatnio wyniki badań nad... owadami.

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 – wyjaśnia prof. Kanwisher. Jeden przypadek – motocyklisty po wypadku drogowym – był szczególnie spektakularny. Na skutek uszkodzenia mózgu miał on rozmaite problemy z widzeniem. Ale bezbłędnie rozpoznawał twarze. – Tak więc funkcja ta nie jest tylko dodatkiem do systemu widzenia, w który to proces angażuje się nawet połowa kory mózgowej, ale czymś całkowicie osobnym – dodaje prof. Kanwisher.

Ta naukowa układanka miałaby wszystkie elementy na miejscu, gdyby nie prozopagnozja – zaburzenie najprawdopodobniej mające podłoże genetyczne. Ludzie nim dotknięci nie mają żadnych problemów z rozpoznawaniem różnych obiektów – z wyjątkiem twarzy. Kłopotem jest dla nich zidentyfikowanie, czy dane oblicze należy do przyjaciela, członka rodziny czy obcej osoby, a nawet rozpoznanie własnego odbicia w lustrze. Zespół prof. Kanwisher oczywiście przebadał takie osoby za pomocą fMRI. I tu pojawiła się niespodzianka. Tylko w dwóch przypadkach stwierdzono brak aktywności wrzecionowatego ośrodka analizy twarzy. Jak to wytłumaczyć? – Zapewne struktura ta jest konieczna do prawidłowego rozpoznawania twarzy, ale niewystarczająca – mówi prof. Kanwisher.

Emocje szympansa

Czy jeszcze jakieś ludzkie umiejętności dorobiły się własnych struktur mózgowych? Neuronaukowcy na całym świecie intensywnie ich poszukują. Zwolennicy koncepcji mózgu-scyzoryka uważają, że wyniki dotychczasowych badań wyraźnie wskazują na istnienie kilku takich modułów. Mamy więc w naszych głowach obszary zajmujące się wyłącznie rozpoznawaniem miejsc, np. wewnątrz budynków czy też w otwartej przestrzeni. Inny moduł reaguje tylko na obrazy ciała lub jego części (niezależnie od twarzy). Z kolei pewien obszar mózgu wyspecjalizował się w próbach rozumienia, co myślą inni ludzie.

– Jednym z ciekawszych odkryć mojego zespołu była identyfikacja rejonu mózgu odpowiedzialnego za rozpoznawanie liter i wyrazów – mówi prof. Kanwisher. W trakcie eksperymentów z użyciem fMRI prezentowano osobom znającym wyłącznie angielski (lub inne języki zachodnioeuropejskie) litery i wyrazy zapisane alfabetem łacińskim, hebrajskim i chińskim. Namierzony przez zespół prof. Kanwisher moduł uaktywniał się tylko wówczas, gdy mózg widział znajome litery i wyrazy. Ale gdy w skanerze umieszczono osoby posługujące się angielskim i hebrajskim bądź chińskim, obszar ten zapalał się podczas prezentacji liter i słów w obydwu językach. Zdaniem prof. Kanwisher, świadczy to o plastyczności mózgu i wpływie na jego działanie bodźców środowiskowych. Posługiwanie się alfabetem jest bowiem zbyt późno nabytą umiejętnością Homo sapiens, by odpowiedzialny za nią rejon mózgu wyodrębnił się w toku ewolucji.

Naukowcy poszukują również modułu odpowiedzialnego za rozpoznawanie liczb, jak również zagłębiają się w mózgi naszych małpich kuzynów. I okazuje się, że np. makaki również posiadają obszar wyspecjalizowany w rozpoznawaniu twarzy. Natomiast ciekawe eksperymenty z udziałem szympansów wykonuje dr Lisa Parr z Yerkes National Primate Research Center w Atlancie. Jej zdaniem, małpy potrafią – w podobnie złożony sposób jak ludzie – wyrażać emocje za pomocą twarzy i je rozpoznawać, np. strach, smutek, podniecenie czy wesołość. – Szympansy bardzo szybko i łatwo zapamiętują twarze i mają, podobnie jak ludzie, problem z ich rozpoznaniem, gdy obraz odwróci się do góry nogami. Co ciekawe, nasi dalsi ewolucyjni kuzyni, makaki, są gorsi od nich w rozpoznawaniu twarzy, choć też posiadają odpowiedzialny za tę funkcję moduł mózgowy, tyle że usytuowany gdzie indziej niż u ludzi. U szympansów natomiast aktywność mózgu podczas obserwowania twarzy wydaje się czymś pomiędzy nami a makakami – mówi dr Parr.

Czy opisane eksperymenty przesądzają, kto ma rację w ciągnącym się od XIX w. sporze? Być może odpowiedź na pytanie o naturę mózgu, jak to zwykle bywa, leży gdzieś pośrodku. Czyli w pewne typy zadań angażuje się wiele jego rejonów i bardzo trudno wskazać ten jeden, odpowiedzialny za daną aktywność moduł. Inne zaś uzyskały wydzielone tylko dla siebie części naszego najważniejszego organu. Przed nauką stoi więc bardzo ciekawe zadanie dokładnego zidentyfikowania tych ekskluzywnych funkcji umysłowych.

Polityka 06.2012 (2845) z dnia 08.02.2012; Nauka; s. 66
Oryginalny tytuł tekstu: "Ostrość widzenia"
Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Rynek

Jak pokroić morze? Przybywa chętnych na kawałek Bałtyku. A rybakom wiatr w oczy

To tylko złudzenie, że na Bałtyku jest bezmiar przestrzeni. Jest coraz ciaśniej i coraz więcej chętnych, którzy chcą wyrwać kawałek morza dla siebie.

Ryszarda Socha
24.01.2023
Reklama

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

Powrót na stronę główną