Jak powstają myśli? Jak powstaje pamięć?

Zajrzeć do głowy
Naukowcy próbują odszyfro­wać to, co się dzieje w naszych mózgach. Coraz precyzyjniejsze analizy połączeń między neuronami mają wyjaśnić, jak powstają nasze myśli i pamięć, umożliwić skuteczne leczenie zaburzeń psychicznych.
Cała informacja, jaką przechowuje nasz mózg, zawarta jest w połączeniach między neuronami.
realcg/PantherMedia

Cała informacja, jaką przechowuje nasz mózg, zawarta jest w połączeniach między neuronami.

Komórki nerwowe, czyli synapsy i neurony.
Getty Images/FPM

Komórki nerwowe, czyli synapsy i neurony.

Mapa konektomu ludzkiej istoty białej. Ukazuje centralne węzły, przez które przebiegają informacje z obu półkul.
materiały prasowe

Mapa konektomu ludzkiej istoty białej. Ukazuje centralne węzły, przez które przebiegają informacje z obu półkul.

Wychodzę z domu, mijam znajome budynki i drzewa. Chodziłem tą drogą wiele razy, więc doskonale znam trasę, wiem, gdzie skręcić i jak daleko mam do celu. Ja wiem? Tak naprawdę wiedzą to moje neurony. Również one pozwalają mi widzieć, słyszeć, czuć i składają wszystkie informacje w jeden obraz otaczającego świata. To dzięki nim idę. Wiele upadków kosztowało mnie zdobycie w dzieciństwie tej umiejętności, ale w końcu opanowałem ją tak dobrze, że stała się częścią mojej natury. Nad oddychaniem czy utrzymaniem odpowiedniej temperatury ciała też nigdy nie musiałem się zastanawiać. I o to dbają moje komórki nerwowe, chociaż bez udziału świadomości.

Według obecnego stanu wiedzy cała informacja, jaką przechowuje nasz mózg, zawarta jest w połączeniach między neuronami – wyjaśnia prof. Grzegorz Wilczyński z Instytutu Biologii Doświadczalnej PAN. Wszystkie ślady naszych doświadczeń, wiedza, umiejętności i wyuczone reakcje zapisane są w synapsach, czyli złączach, które komórki nerwowe tworzą między sobą. Od liczby i jakości tych połączeń oraz zdolności mózgu do manipulowania nimi zależy, czy mamy szansę zostać mistrzem tenisa, wirtuozem gry na skrzypcach, genialnym matematykiem albo stworzyć trwałą przyjaźń. Od nich zależy też kontrola wszystkich funkcji życiowych. To w ich wadliwym działaniu swoje odbicie znajduje każda choroba i zaburzenie psychiczne. Tylko schizofrenia dotyka 1 proc. populacji, a depresja staje się coraz bardziej powszechna. Niewiele wiadomo, co dzieje się w mózgach osób dotkniętych autyzmem, depresją czy schizofrenią. Ich komórki nie obumierają tak, jak np. w czasie choroby Alzheimera. Również neurodegeneracyjne schorzenia, jak właśnie choroba Alzheimera czy Parkinsona, ostatecznie prowadzą do rozpadu sieci neuronalnych połączeń. W niej też tkwią nieustępliwe wspomnienia, nękające ofiary syndromu stresu pourazowego. – Od czasów Kartezjusza istniał podział na ciało i duszę. Ten dualny sposób myślenia został przejęty przez medycynę, a w tym psychiatrię. Nowe odkrycia pokazują, że jest to sztuczny podział. Procesy psychiczne są wyrazem aktywności mózgu, a jego morfologia i fizjologia zmienia się z kolei pod wpływem doświadczeń życiowych – wyjaśnia prof. Maciej Pilecki, kierownik Kliniki Psychiatrii Dzieci i Młodzieży Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego.

W wydanej w tym roku książce „Connectome: How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are” (Konektom: Jak obwody w mózgu czynią nas takimi, jakimi jesteśmy) Sebastian Seung podaje obrazowy przykład: kiedy mogliśmy oglądać Brada Pitta i Jennifer Aniston jako parę, wzmocnieniu ulegały synapsy między neuronami reprezentującymi aktorów. Kiedy ich związek się rozpadł, brak wspólnego pobudzania komórek osłabił te połączenia, za to wzmocnieniu uległy nowe – między neuronami reprezentującymi Brada i Angelinę Jolie.

To nie tylko abstrakcyjna ilustracja. W czasie badań na otwartych mózgach pacjentów (wykonywano je za ich zgodą podczas operacji łagodzącej objawy epilepsji) rzeczywiście znaleziono neurony, które reagowały na konkretnych celebrytów. Obecne metody leczenia wpływają na połączenia między neuronami w mózgu, ale nikt nie wie dokładnie jak. – Na razie o mózgu wiemy niewiele. Okazało się na przykład, że popularne leki przeciwdepresyjne wcale nie działają tak, jak nam się wydawało, tylko w bardziej złożony, nie do końca poznany sposób – przyznaje prof. Pilecki. – To tak, jakby przy użyciu młotka i kombinerek naprawiać zegarek. Potrzebne są lepsze narzędzia i metody – mówi prof. Wilczyński.

Mapa istoty białej

Aby je znaleźć, musimy najpierw poznać budowę naprawianego mechanizmu. Pierwszy poznany konektom, czyli sieć neuronalnych powiązań, należał do milimetrowej długości robaka z gatunku Caenorhabditis elegans. Zanim w 1986 r. zespół Sydneya Brennera z Cambridge opublikował swoje wyniki, badacze przez ponad 12 lat analizowali zdjęcia z mikroskopu elektronowego, a robak ma tylko 302 neurony i 7 tys. synaps. Nikt nie zna dokładnej liczby, ale szacuje się, że ludzki mózg zawiera około 100 mld neuronów, a każdy z nich tworzy przeciętnie 10 tys. połączeń. Poznanie ich wszystkich nawet w jednym ludzkim mózgu wykracza poza dostępne dzisiaj możliwości, ale już teraz możemy się dużo o nich dowiedzieć.

Niedawno zakończył się etap doskonalenia metod projektu Human Connectome Project, na który amerykański Departament Zdrowia wyłożył 40 mln dol. Tego lata rozpoczęły się badania mózgów 1200 dorosłych, zdrowych ochotników. Celem programu jest utworzenie przybliżonej mapy istoty białej. Tworzą ją aksony (wypustki przekazujące sygnał od ciała neuronu) łączące różne obszary kory mózgowej, odpowiedzialnej za wszystkie wyższe funkcje kojarzeniowe.

Zajrzeć do środka głowy i jeszcze prześledzić przebieg komórkowych wypustek – brzmi nieco jak pomysł rodem z filmu science fiction, niemniej jest wykonalne. Głównym narzędziem badaczy będzie technika zwana traktografią dyfuzyjną. Ta wykorzystująca rezonans magnetyczny metoda wykrywa przepływ cząsteczek wody w komórkach. Jej rozdzielczość nie jest duża, bo tylko od 1–2 mm, ale badane wypustki łączą się w liczące setki tysięcy zwoje, co pozwala rejestrować ich przebieg. Zebrane do 2015 r. wyniki będą punktem wyjścia dla innych zespołów, badających na przykład patologiczne zmiany, które wywołują różnego rodzaju zaburzenia. Przeprowadzone dodatkowo testy genetyczne i psychologiczne umożliwią pierwszy wgląd w relacje między genetyką, konektomem i osobowością.

W programie bierze udział prof. Olaf Sporns z Indiana University, którego zespół razem ze szwajcarskimi kolegami wykonał w 2008 r. jedną z pierwszych, mniej dokładnych map konektomu ludzkiej istoty białej. Między innymi okazało się wtedy, że istnieją w niej centralne węzły, przez które przebiegają informacje z obu półkul. Miejsca te są jak lotniska Heathrow czy JFK, obsługujące loty z całej masy mniejszych miast. Dwa lata później, również uczestniczący w Human Connectome Project, prof. Martijn van den Heuvel z University Medical Center w Utrechcie wykazał, że struktura ta jest słabiej rozwinięta w mózgach osób cierpiących na schizofrenię. Według badań holenderskiego uczonego, ta nieprawidłowość, w połączeniu z innymi zaburzeniami w przebiegu aksonalnych szlaków, prowadzi do osłabionej komunikacji między różnymi obszarami kory. A jednym z objawów schizofrenii jest właśnie rozszczepienie różnych funkcji psychicznych. Dla opracowania odpowiedniej diagnostyki – i być może terapii – taka informacja jest bezcenna.

Czytaj także

Co nowego w nauce?

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

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

Powrót na stronę główną