Czy mózg się zmienia wraz z wiekiem? Ten narząd fascynuje naukę najbardziej

Starożytni Egipcjanie tak niewiele sobie robili z mózgu, że przyjęli jako rytuał pogrzebowy wyjęcie go przez nos martwego przywódcy, a potem wypełnienie czaszki tkaniną. Wierzyli, że świadomość przebywa w sercu, podobnie jak Arystoteles i zastępy średniowiecznych myślicieli. Nawet wtedy, gdy konsensus co do lokalizacji ośrodka myśli przeniósł go do głowy, to nie mózg był uznawany za kluczowe miejsce, ale puste przestrzenie znajdujące się w nim, zwane komorami, gdzie błąkały się ulotne duchy. Jeszcze w 1662 roku, filozof Henry More drwił, że mózg wykazywał „nie więcej zdolności do myślenia niż ciasto lub miska twarogu”.

W tym samym czasie, francuski filozof Kartezjusz ustanowił jako kanon rozdzielność świadomego myślenia od fizycznego mózgu. Kartezjański „dualizm” wywarł potężny wpływ na zachodnią naukę na wiele wieków i, choć jest dziś odrzucany przez większość neurologów, wciąż kształtuje popularne przekonanie o umyśle jako o czymś magicznym i transcendentnym.

Współczesny Kartezjuszowi Thomas Willis, często określany jako ojciec neurologii, był pierwszym, który zasugerował nie tylko, że mózg jest miejscem, gdzie znajduje się umysł, ale że różne jego części są odpowiedzialne za specyficzne funkcje poznawcze. Na początku XIX wieku adepci frenologii pchnęli to pojęcie w osobliwym kierunku, sugerując, że skłonności osobowości można określić poprzez wyczucie nierówności na czaszce osoby, które miały być spowodowane przez mózg „wypychający” ją w miejscach, gdzie były szczególnie dobrze rozwinięte. Gipsowe odlewy głów straconych przestępców były badane i porównywane do głowy wzorcowej w celu ustalenia, czy jakieś szczególne wypukłości można wiarygodnie powiązać z przestępczymi zachowaniami.

Choć podejście to było absurdalnie nienaukowe nawet w tamtych czasach, frenologia okazała się niezwykle przewidująca - oczywiście w pewnym zakresie. W ostatnim dziesięcioleciu, w szczególności, zaawansowane technologie do podglądu aktywności mózgu potwierdziły, że poszczególne funkcje występują w określonych miejscach. Na przykład, neuronowy „adres”, pod którym zapamiętujesz, chociażby, numeru telefonu, jest inny od tego, gdzie zapamiętujesz twarz. Tak samo, przypomnienie sobie słynnej twarzy angażuje inne części mózgu niż zapamiętanie tej należącej do najlepszego przyjaciela.

Jednak coraz bardziej bardziej oczywisty staje się fakt, że funkcji poznawczych nie da rady opisać jak miast na mapie. Określona praca umysłowa może zaangażować skomplikowaną sieć układów, które w różnym stopniu wchodzą w interakcję z innymi w ramach całego mózgu - nie jak części w maszynie, ale jak instrumenty w orkiestrze symfonicznej łączące barwę, głośność i rezonans, aby stworzyć szczególny efekt muzyczny.

Mózg Coriny to cała ona... i jest tu

Corina Alamillo leży na prawym boku w sali operacyjnej w UCLA Medical Center. Pod policzek ma podłożoną poduszkę, a do jej czoła przykręcone jest stalowe rusztowanie, które trzyma głowę nieruchomo. Jest pielęgniarką przed trzydziestką, ma ciemne brązowe oczy, pełne brwi i okrągłą, otwartą twarz.

Po drugiej stronie namiotu ze sterylnego niebieskiego papieru, dwóch chirurgów ciężko pracuje na odcinku mózgu Coriny wielkości spodka. Lśni jak masa perłowa i pulsuje delikatnie w rytm jej serca. Filigranowe tętnice na jego powierzchni zasilają w krew interesującą chirurga część: odcinek lewego płata czołowego kluczowy dla produkcji języka mówionego. W pobliżu niego widać ciemną, matową krawędź guza, budzącego grozę jak nadciągająca burza. Chirurdzy muszą go usunąć bez pozbawiania Coriny zdolności do mówienia. Dlatego musi być świadoma i reagować na początku operacji. Znieczulili ją, by usunąć kawałek skóry na głowie i trochę czaszki, i odwinąć błonę ochronną znajdującą się poniżej. Teraz mogą dotykać jej mózgu, który nie ma ani jednego receptora bólu.

– Obudź się, kochanie – mówi inna lekarka, która siedzi na krześle pod sterylnym namiotem z Coriną. – Wszystko idzie dobrze. Czy możesz coś dla mnie powiedzieć?

Usta Corina poruszają, gdy próbuje coś odpowiedzieć przez mgłę znieczulenia.

– Cześć – wyszeptuje.

Głęboki czerwony odcień guza Coriny jest wyraźnie widoczny nawet dla laika, spoglądającego przez ramię chirurga. Tak samo ciężko pomylić z czymkolwiek innym jej mózg, ważący 1,4-kilograma organ złożony z tłuszczu i protein, pomarszczony jak gąbka i o konsystencji zsiadłego mleka.

Mózg Coriny jest najpiękniejszą rzeczą na świecie, nawet piękniejszą niż sama Corina, bo to on pozwala jej dostrzec piękno, mieć świadomość i wiedzę o tym, że istnieje sama w sobie. Jednak w jaki sposób zwykła materia tworzy umysł? Jak to się dzieje, że kupa mięsa powołuje do życia jej zdolność do zrozumienia pytania lekarza i odpowiedzenia? Jaki niezwykle wyszukany proces oparty na energii elektrochemicznej staje się jej nadzieją, że operacja pójdzie dobrze bądź jej strachem o dwójkę dzieci, gdyby jednak coś się nie udało? Jak przywołuje pamięć ściskania mocno ręki matki w szpitalu pół godziny temu, czy też trzymania jej 20 lat temu na sklepowym parkingu? To zdecydowanie nie są nowe pytania. Jednak w ostatnich latach nowe i sprawne techniki wizualizacji źródeł myśli, emocji i zachowań rewolucjonizują sposób w jaki postrzegamy naturę mózgu i umysł, który tworzy.

Otwór w czaszce Coriny zapewnia wgląd w historię prób zrozumienia przez umysł jego fizycznej formy. Część płata czołowego przylegająca do jej guza nazywana jest ośrodkiem Broki na cześć XIX-wiecznego francuskiego anatoma Paula Broca, jednego z pierwszych naukowców, którzy przedstawili niezbite dowody na to, że choć nie ma jednego miejsca, gdzie kryłyby się myśli, to indywidualne zdolności i funkcje poznawcze przetwarzane są w konkretnych obszarach mózgu.

Broca zdefiniował obszar nazwany jego imieniem, badając ofiarę udaru. W 1861 natknął się na pacjenta o pseudonimie „Tan”, ponieważ jedyną sylabą, którą był w stanie wypowiedzieć przez ostatnie 21 lat było właśnie „tan”. Kiedy Tan zmarł, sekcja zwłok wykazała, że część jego lewego płata czołowego wielkości piłeczki golfowej została dosłownie rozpuszczona przez potężny udar sprzed wielu lat.

Kilka lat później niemiecki neurolog Carl Wernicke znalazł kolejne centrum językowe, położone dalej, w lewym płacie skroniowym mózgu. Pacjenci po udarach lub z innymi uszkodzeniami ośrodka Wernickego mogą swobodnie rozmawiać, ale nie rozumieją języka i to, co mówią jest zupełnie pozbawione sensu.

Do niedawna uszkodzone mózgi stanowiły najlepsze źródło informacji o miejscach realizacji normalnych funkcji poznawczych. Żołnierz walczący w I Wojnie Światowej z małą raną postrzałową z tyłu głowy mógł, na przykład, utracić część pola widzenia w wyniku uszkodzenia kory wzrokowej. Ofiara udaru może widzieć nosy, oczy i usta, ale nie być w stanie złożyć ich w twarz, co pokazuje, że rozpoznawanie twarzy to oddzielna funkcja, za którą odpowiada rejon kory zniszczony przez udar. W latach pięćdziesiątych XX wieku amerykański neurochirurg Wilder Penfield zastosował elektrody i bezpośrednio stymulował punkty na mózgach setek pacjentów z padaczką, gdy byli świadomi podczas operacji. Penfield odkrył, że każda z części ciała jest wyraźnie odwzorowana w pasie kory po przeciwnej stronie mózgu. Na przykład, prawa stopa reagowała na łagodny wstrząs przyłożony do punktu w lewej korze ruchowej przyległej do tej, która powodowała podobną reakcję prawej nogi. Stymulowanie innych miejsc na powierzchni kory może przywołać specyficzny smak, żywe wspomnienie z dzieciństwa lub fragment dawno zapomnianej melodii.

Dwaj chirurdzy na sali operacyjnej w UCLA zaraz zastosują technikę Penfielda do ośrodka Broki Coriny. Są już w okolicy, ale przed wycięciem guza muszą znaleźć dokładny adres, pod którym mieszkają konkretne umiejętności językowe Coriny. Jej dwujęzyczność powoduje, że wymaga to jeszcze większej uwagi niż zwykle: obszary neuronów odpowiedzialne za jej angielski i hiszpański mogą przylegać lub, co bardziej prawdopodobne, ze względu na to, że uczyła się obu języków w młodym wieku, przynajmniej częściowo się pokrywać. Susan Bookheimer, neuropsycholog rozmawiająca z Coriną pod papierowym namiotem, pokazuje jej obrazek na karcie ze stosu. Jednocześnie, naczelny chirurg Linda Liau dotyka jej mózgu elektrodą, dostarczając łagodny wstrząs. Corina nic nie czuje, ale funkcjonowanie danego punktu zostaje chwilowo wyłączone.

– Co to jest, kochanie? – pyta Bookheimer. Oszołomiona, Corina wpatruje się w zdjęcie.

– Saksofon – szepcze.

– Dobrze – mówi Bookheimer, przekładając stos kart. Elektroda nie dotyka punktu krytycznego dla języka. W międzyczasie Liau przesuwa elektrodę o ułamek centymetra.

– A to?

– Jednorożec.

– Bardzo dobrze.

– ¿Y éste?

– Casa.

– ¿Y éste?

Corina waha się. – ¿Bicicleta? – odpowiada niepewnie. To jednak nie rower, patrzy na poroże. Gdy Corina popełni błąd lub ma problem z rozpoznaniem obrazka prostej rzeczy, lekarze wiedzą, że znaleźli kluczowy obszar i oznaczają to miejsce za pomocą kawałka jałowego papieru, jakby używali małych samoprzylepnych kartek w biurze.

To, co się dzieje, to standardowa procedura. (Liau, której matka zmarła na raka piersi z przerzutem do mózgu, wykonała około 600 podobnych operacji.) Jednak mapowanie mózgu Coriny zaraz pójdzie o krok w przyszłość. Po sali operacyjnej krząta się z tuzin osób, dwa razy więcej niż potrzeba przy typowej operacji guza mózgu. Dodatkowe osoby są na sali, by wykorzystać w czasie operacji optyczne obrazowanie wewnętrznych sygnałów (OIS), technikę opracowaną w UCLA przez Arthura Togę i Andrew Cannestrę, jednego z chirurgów asystujących Liau.

Specjalna kamera zamontowana na wysięgniku zostaje ustawiona nad płatem czołowym Coriny. Podczas gdy ona dalej nazywa rzeczy na kartach lub odpowiada na proste pytania (Jakiego koloru jest trawa? Jakie zwierzę szczeka?), kamera rejestruje nieznaczne zmiany w tym, jak światło odbija się od powierzchni mózgu. Zmiany sygnalizują wzrost przepływu krwi, co z kolei wskazuje na aktywność poznawczą w danym miejscu.

Gdy Corina odpowiada „zielona” lub „pies”, dokładny wzór pracy obwodów neuronalnych w jej ośrodku Broki i otaczających tkankach jest rejestrowany przez kamerę i wysyłany na monitor w rogu pokoju. Z niego obraz jest natychmiast przesyłany do superkomputera w Laboratorium neuro-obrazowania UCLA, kilka kondygnacji wyżej. Tam dołącza do kolekcji 50 000 innych skanów zebranych od ponad 10 000 osób, przy użyciu różnych technologii obrazowania. W ten sposób Corina staje się jedną z galaktyk w ciągle rozszerzającym się wszechświecie nowych informacji o mózgu człowieka.

– Mózg każdego człowieka jest tak samo wyjątkowy, jak ich twarz – mówi Toga, który kieruje Laboratorium neuro-obrazowania i obserwuje dzisiejszą operację zza maski chirurgicznej. – Wszystko się zmienia i rusza, a my nie znamy wszystkich zasad. Jednak studiując tysiące ludzi, być może będziemy w stanie dowiedzieć się o nich więcej, co powie nam, w jaki sposób mózg jest zorganizowany.

Większość obrazów w atlasie mózgu UCLA to efekt wykorzystania przełomowej nowej techniki zwanej funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI). Jak OIS, fMRI monitoruje wzrost przepływu krwi jako pośredni wskaźnik aktywności poznawczej. Choć nie jest tak dokładne, fMRI to badanie całkowicie nieinwazyjne, a zatem może być wykorzystywane do badania funkcji mózgu nie tylko u osób na stole operacyjnym, ale u każdego, kto potrafi wytrzymać kilka minut w walcu maszyny do rezonansu magnetycznego. Technika ta została wykorzystana do zbadania obwodów neuronalnych osób cierpiących na depresję, dysleksję, schizofrenię i wiele innych schorzeń neurologicznych. Co równie ważne, badanie metodą rezonansu magnetycznego zastosowano u setek tysięcy osób, które wykonywały określone zadanie - ruszały palcem, przypominały sobie konkretną twarz, rozważały dylemat moralny, przeżywały orgazm, czy porównywały smaki Pepsi Coli i Coca Coli.

Co nowe metody naukowe mówią nam o tym, jak 28-letni mózg Coriny stworzył 28-letni umysł Coriny? Pod względem rozwoju mózgu, jej narodziny w Santa Paula, rolniczej społeczności położonej 80 km na północ od Los Angeles, nie było niczym specjalnym. Przynajmniej w przeciwieństwie do poprzednich dziewięciu miesięcy spędzonych w łonie matki, gdzie odbywała się neuronalna rozbudowa na niespotykaną skalę.

Cztery tygodnie po zapłodnieniu embrion, który stanie się Coriną produkował pół miliona neuronów co minutę. Przez najbliższe kilka tygodni komórki te migrowały do mózgu, do konkretnych miejsc określonych przez sygnały genetyczne i interakcje z sąsiednimi neuronami. Podczas pierwszego i drugiego trymestru ciąży neurony zaczęły wyciągać do siebie nawzajem „macki” , tworząc synapsy - punkty kontaktowe, z prędkością dwóch milionów na sekundę. Na trzy miesiące przed urodzeniem, Corina mogła się poszczycić największą ilością komórek mózgowych w całym swoim życiu: całą dżunglą połączeń. Było ich więcej niż potrzebowała jako płód w ograniczonym z punktu widzenia funkcji poznawczych łonie matki, znacznie więcej zresztą niż to niezbędne dla dorosłej osoby.

Następnie, zaledwie kilka tygodni przed urodzeniem, pojawił się odwrotny trend. Grupy neuronów rywalizowały ze sobą w celu pozyskania innych neuronów i rozszerzenia obwodów o określonych funkcjach. Przegrane obumarły w procesie oczyszczającym, który naukowcy nazywają „darwinizmem neuronowym”.

Układy, które przetrwały, zostały już częściowo dostosowane do zewnętrznego świata. W chwili urodzenia Corina była już predysponowana do pewnych rzeczy: dźwięku głosu matki, a nie obcych; brzmienia rymowanek zasłyszanych w łonie matki; a może i do smaków kuchni meksykańskiej, którą miała okazję próbować w dużych ilościach w płynie owodniowym. Ostatnim ze zmysłów w kolejce do pełnego rozwinięcia był jej wzrok. Mimo to, ewidentnie rozpoznawała twarz matki już mając dwa dni.

Przez następne 18 miesięcy Corina była maszyną do nauki. Podczas gdy starsze mózgi potrzebują jakiegoś kontekstu do nauki - powodu, na przykład nagrody, aby zwrócić uwagę na jeden konkretny bodziec zamiast innego - mózgi niemowląt chłoną wszystko, co przechodzi przez zmysły.

– Może i wyglądają jakby po prostu siedziały i się gapiły – mówi Mark Johnson z Centrum ds. rozwoju mózgu i funkcji poznawczych w Birkbeck, części Uniwersytetu Londyńskiego – ale dzieci rodzą się z misją poszukiwania informacji. Wraz z poznawaniem przez Corinę nowego dla niej świata, stymulowane wielokrotnie obwody neuronalne wypracowywały silniejsze połączenia synaptyczne, a te uśpione ulegały atrofii. Na przykład, w chwili narodzin była w stanie usłyszeć każdy dźwięk każdego języka na Ziemi. Gdy sylaby hiszpańskie (a później angielskie) wypełniały jej uszy, obszary językowe mózgu stawały się bardziej wrażliwe na te konkretnie dźwięki, tracąc wrażliwość na dźwięki, powiedzmy, arabskiego i suahili.

Jeśli istnieje jedna część mózgu, gdzie zrodziła się „świadomość siebie” umysłu Coriny, byłaby to kora przedczołowa - obszar tuż za czołem, który rozciąga się do uszu. W wieku około dwóch lat zaczęły się w tym miejscu rozwijać obwody. Przed uruchomieniem kory przedczołowej, dziecko z plamą na policzku będzie starało się wytrzeć plamę na swoim odbiciu w lustrze zamiast zauważyć, że obraz w lustrze to ono samo i wytrzeć własny policzek.

Jednak wraz z lepszym rozumieniem wszystkich wyższych funkcji poznawczych przez naukowców, odkrywają oni też, że poczucie świadomości siebie nie stanowi oddzielnej części umysłu, która znajdowałaby się w określonym miejscu, jak gaźnik w samochodzie, czy dojrzewałaby w określonym momencie, jak kwitnący kwiat. Może obejmować różne obszary i obwody w mózgu, w zależności od konkretnego poczucia i zmysłu, a obwody potrafią rozwijać się w różnym czasie.

Tak więc, Corina być może rozpoznawała siebie w lustrze przed trzecimi urodzinami, ale mógł być potrzebny kolejny rok, nim zrozumiała, że „ja”, które widzi w lustrze jest stałe. W badaniach prowadzonych przez Daniela Povinelli'ego i jego kolegów z Uniwersytetu Luizjana w Lafayette sfilmowano bawiące się dzieci, którym jeden z badaczy przykleił dużą naklejkę do włosów. Gdy pokazano im nagranie kilka minut później, większość dzieci w wieku powyżej trzech sięgnęło włosów, aby naklejkę zdjąć, pokazując, że zrozumiały, że „ja” w filmie to „ja” teraz. Młodsze dzieci nie potrafiły nawiązać takiego połączenia.

Jeśli w wieku trzech lat Corina miała naklejkę we włosach, nie pamięta tego. Jej pierwszym wspomnieniem jest pełne emocji wyjście do sklepu z mamą po specjalne ubranie, coś różowego i pełnego koronek. Miała wtedy cztery lata. Nie ma wcześniejszych wspomnień, bo jej hipokamp, ukryta głęboko w mózgu część układu limbicznego służąca jako pamięć długotrwała, jeszcze nie dojrzał.

To nie znaczy, że wcześniejsze wspomnienia nie istnieją w umyśle Coriny. Ze względu na to, że jej ojciec odszedł, gdy miała zaledwie dwa lata, nie może świadomie pamiętać, jak czasem się upijał i źle traktował jej matkę. Jednak istnieje szansa, że emocje związane z tym są przechowywane w jej ciele migdałowatym, innym elemencie układu limbicznego mózgu, który być może działa od urodzenia. Choć pełne emocji wspomnienia wyryte w ciele migdałowatym nie są dostępne dla świadomego umysłu, mogą nadal wpływać na zachowanie i odczucia wykraczające poza naszą świadomość.

Różne obszary mózgu rozwijają się na różne sposoby z różną prędkością aż po wczesną dorosłość. Oczywiście oczyszczanie i kształtowanie mózgu Coriny w jej pierwszych miesiącach, gdy funkcjonowała jak maszyna do nauki, miały kluczowe znaczenie. Jednak według ostatnich badań obrazowych na dzieciach prowadzonych przez lata w UCLA i Krajowym Instytucie Zdrowia Psychicznego w Bethesda w stanie Maryland, drugi zryw w rozwoju materii szarej występuje tuż przed okresem dojrzewania.

Zakładając, że rozwijała się jak typowa dziewczyna, kora mózgowa Coriny była najgrubsza, gdy miała 11 lat (u chłopców szczyt przypada około półtora roku później). Po tej fali wzrostu nastąpiło kolejne przerzedzenie szarej materii w wieku nastoletnim, a wręcz zakończyło się dopiero niedawno. Pierwsze obszary mózgu, w których proces został zakończony to te zaangażowane w podstawowe funkcje, czyli przetwarzanie informacji sensorycznych i ruch, w skrajnej przedniej i tylnej części mózgu. Następne w kolejce były regiony odpowiedzialne za orientację przestrzenną i język w płatach ciemieniowych po obu stronach mózgu.

Ostatnia osiąga dojrzałość kora przedczołowa, gdzie znajdują się tzw. funkcje wykonawcze. To tam dokonujemy osądów społecznych, rozważamy alternatywy, planujemy na przyszłość i trzymamy zachowanie w ryzach.

– Obszar funkcji wykonawczych mózgu nie osiąga dorosłego poziomu działania aż do wieku 25 lat – tłumaczy Jay Giedd z Krajowego Instytutu Zdrowia Psychicznego, jeden z wiodących naukowców zajmujących się badaniami neuroobrazowymi. – W okresie dojrzewania, człowiek odczuwa pasje, popęd płciowy, energię i emocje jak dorosły, ale zdolność do ich powstrzymywania pojawia się znacznie później.

Nic dziwnego w takim razie, że nastolatkom zdaje się brakować dobrej oceny lub zdolności do powstrzymania impulsów.

– Możemy głosować w wieku 18 lat – kontynuuje – i prowadzić samochód, ale nie wynajmiemy samochodu przed skończeniem 25 lat. Pod względem anatomii mózgu, jedynymi, którzy właściwie nas oceniają to firmy zajmujące się wynajmem samochodów.

Jednak dojrzałość szarej materii nie oznacza końca zmian w psychice. Nawet teraz, mózg Coriny to praca w toku. Jeśli wybrać jeden temat, który zdominował ostatnią dekadę badań neurologicznych, byłoby to coraz większe uznanie wobec plastyczności mózgu - jego zdolności do przekształceń i reorganizacji w okresie dorosłości. Niewidomi czytający Braille'a wykazują niezwykły wzrost wielkości obszaru kory czuciowej - regionu z boku mózgu, który przetwarza zmysł dotyku - odpowiedzialnego za prawy palec wskazujący. Skrzypkowie wykazują analogiczny rozwój regionu czuciowego, zwanego też somatosensorycznym, związanego z palcami lewej ręki, które poruszają się po gryfie i odpowiadają za odgrywanie nut, w przeciwieństwie do regionu właściwego dla prawej ręki, która po prostu trzyma smyczek.

– Dziesięć lat temu większość neurologów postrzegała mózg jako rodzaj komputera, w którym funkcje stałe rozwijały się wcześnie – wyjaśnia Michael Merzenich z Uniwersytetu Kalifornii w San Francisco, pionier w rozumieniu plastyczności mózgu. – Teraz rozumiemy, że mózg stale ulepsza się przez całe życie.

Chociaż plastyczność mózgu ulega degradacji na starość, nigdy nie jest za późno, by nauczyć stary mózg nowych sztuczek. Według wstępnych badań w laboratorium Merzenicha, nawet pamięć u osób w starszym wieku, chociażby 60 i 70-letnich lat, można znacznie odmłodzić za pomocą ukierunkowanego treningu. Plastyczność ma jednak ograniczenia. Jeśli pewne krytyczne obszary kory mózgowej, na przykład ośrodek Broki, zostaną zniszczone przez udar lub guz, pacjent prawdopodobnie nigdy nie odzyska zdolności realizowanych przez teraz ciche układy.

Tym samym wracamy do Coriny dziś. Jej nowotwór już zniszczył obszar w kształcie jajka jej lewego płata czołowego, gdzie znajdują się obwody ważne dla osobowości, planowania i motywacji. Na szczęście, mózg dysponuje pewnym zakresem nadmiarowości w zakresie tych wyższych funkcji i jej rodzina nie zauważyła żadnych zmian w jej osobowości: odpowiedni rejon w jej prawym płacie czołowym przejął prawdopodobnie większość z dodatkowego obciążenia.

Jednak nowotwór trzeba teraz usunąć jak najprędzej. Naukowcy zakończyli obrazowanie wewnętrznych sygnałów, a także inną eksperymentalną technikę skanowania za pomocą podczerwieni. Wysięgnik z aparatem zostaje wycofany.

Sala operacyjna opróżnia się i zostają tylko osoby niezbędne do przeprowadzenia samej operacji. Corina jest bardzo zmęczona, ale musi pozostać świadoma jeszcze chwilę dłużej. Za pomocą elektronicznego skalpela, dr Liau ostrożnie zaczyna kroić mózg Coriny na granicy guza i ośrodka Broki. Pod namiotem, dr Bookheimer pokazuje jej kolejne karty.

– Co to?

– Drzwi?

– Dobrze!

– ¿Y éste?…

Skalpel tnie głębiej, a w widocznych nad maską chirurgiczną oczach dr Liau rysuje się napięcie. Musi usunąć każdy skrawek tkanki nowotworowej. Wystarczy jednak jedno potknięcie, a szkody zostaną na zawsze. Po wykonaniu cięcia wzdłuż granicy Corina nie musi już być świadoma i może odpocząć.

– Jak się czuje? – pyta Liau.

– Świetnie – odpowiada Bookheimer. – Żadnych problemów.

– Dobrze – stwierdza Liau. – Możemy ją z powrotem umieścić pod narkozą.

Anestezjolog odpowiednio koryguje mieszankę chemiczną płynącą w kroplówce Coriny. Przechodzę tam, gdzie mogę zobaczyć jej twarz.

– Corina – mówię, gdy jej oczy zaczynają się zamykać – masz piękny mózg.

– Dziękuję – odpowiada, uśmiechając się lekko.

Większy mózg

Każdego dnia Glen McNeil spędza sześć lub siedem godzin pędząc po ulicach Londynu na motocyklu z mapą przypiętą do kierownicy. McNeil ma 28 lat i jest „chłopcem zdobywającym wiedzę”, czyli przez wiele lat trenuje swoją pamięć, by zdobyć zieloną odznakę i zostać licencjonowanym kierowcą taksówki, podobnie jak jego ojciec.

Jeśli McNeill zrealizuje swoje marzenie, jego mózg urośnie, przynajmniej w jednej części. Hipokamp, struktura w kształcie konika morskiego, stanowiąca część układu limbicznego mózgu, ma kluczowe znaczenie do działania wielu funkcji pamięci i nauki, w tym przetwarzania relacji przestrzennych w środowisku. Opublikowane w 2000 roku badanie za pomocą rezonansu magnetycznego wykonane w University College, części Uniwersytetu Londyńskiego, wykazało, że kierowcy taksówek w Londynie mają powiększoną tylną część hipokampa w porównaniu z osobami z grupy kontrolnej, co zaprzeczyło utartemu przekonaniu, że dorosły ludzki mózg nie może rosnąć. Jednak ten bonus w tkance mózgowej nie jest darmowy. Przeciętnie, przednia część hipokampa była u taksówkarzy mniejsza niż normalnie, co sugeruje, że wysiłek włożony w stworzenie bardziej szczegółowej mapy miasta w głowie wymagał pomocy z sąsiednich regionów.

Jeśli hipokamp może rosnąć u ludzi dorosłych, co z innymi częściami mózgu? Według niedawnego badania przeprowadzonego w Niemczech, nauka żonglowania przez trzy miesiące spowodowała przyrost tkanki szarej w dwóch obszarach związanych z funkcjami wizualną i motoryczną. Jednak, kiedy nowo przeszkoleni żonglerzy przestawali ćwiczyć, regiony z powrotem się zmniejszały. Ponadto, żadne z badań, ani to kierowców, ani to kuglarzy, nie odpowiedziało na pytanie czy wzrost objętości mózgu wynikał z reorganizacji istniejących obwodów, zwiększonej liczby połączeń nerwowych lub, co najbardziej ciekawe, narodzin zupełnie nowych komórek mózgowych - idei uważanej do niedawna za niedorzeczną. W 1998 roku Fred H. Gage z Instytutu Salka w La Jolla w Kalifornii wykazał, że nowe komórki mogą rzeczywiście rosnąć w hipokampie dorosłej osoby. Gage uważa, że komórki macierzyste zdolne do rozwinięcia się w funkcjonalne nowe neurony mogą występować w innym miejscu w mózgu. Lepsze zrozumienie takiej regeneracji nerwów dałoby nadzieję na leczeniu choroby Alzheimera, Parkinsona i wielu innych zwyrodnieniowych zaburzeń mózgu.

Tymczasem Glen McNeill powinien więcej popracować nad swoim hipokampem. Musi zdać trzy zestawy egzaminów sprawdzających znajomość londyńskich ulic, a następnie wykazać się ogólną wiedzą na temat okolicznych miast.

– Przedmieścia to ostatnia poprzeczka – mówi ze swoim silnym akcentem Cockney. – Potem dają ci zieloną odznakę.

Prosto w twarz

Czterdzieści lat temu, psycholog Paul Ekman z Uniwersytetu Kalifornii w San Francisco, pokazał żyjącemu w izolacji ludowi Fore z Nowej Gwinei fotografie Amerykanów wyrażające różne emocje. Choć większość Fore nigdy nie widziała zachodnich twarzy, łatwo rozpoznali przejawy gniewu, szczęścia, smutku, obrzydzenia, strachu i zaskoczenia (które są trudne do odróżnienia). Kiedy Ekman odwrócił eksperyment i pokazał zdjęcia Fore mieszkańcom Zachodu, emocje ponownie okazały się nie do pomylenia. Zaliczane teraz do kanonu badanie Ekmana zapewniło potężne poparcie dla idei, że mimika dla podstawowych emocji jest uniwersalna, co jako pierwszy postulował Karol Darwin.

Według Ekmana, te sześć emocji (plus pogarda) jest uniwersalnych, ponieważ ewoluowały, aby przygotować nas do szybkiego radzenia sobie z okolicznościami, które będą naszym zdaniem wywierały wpływ na nasze życie. Niektóre wyzwalacze emocjonalne również są uniwersalne. Chociażby, nagłe pojawienie się czegoś w polu widzenia wyzwala lęk. Jednak większość z wyzwalaczy emocjonalnych jest wyuczona. Zapach świeżego siana wywoła różne emocje u kogoś, kto spędził w dzieciństwie idylliczne wakacje na wsi i u drugiej osoby, która była zmuszona do wielogodzinnej pracy w gospodarstwie. Kiedy powstanie taki związek emocjonalny, jego oduczenie jest trudne, jeśli nie niemożliwe.

Autystyczny geniusz

Piętnastoletni Tito Mukhopadhyay siedzi obok swojej matki na łóżku, buja się i dziko rusza rękami. Gesty takie są typowe dla osób z głębokim autyzmem, podobnie jak to, że unika kontaktu wzrokowego i wydaje niezrozumiałe pomruki oraz jęki. Jednak Tito daleko do kogoś, kto nie potrafi się wypowiedzieć. Gość pyta go, dlaczego tak bardzo się rusza.

„Wiem, że to wygląda nietypowo” odpowiada, bazgrząc odpowiedź ołówkiem na kartce papieru. „Ale nabrałem tego zwyczaju, aby znaleźć i poczuć moje rozproszone »ja«”.

Początkowo zdiagnozowany jako opóźniony umysłowo, chodził w swoich rodzinnych Indiach od jednego lekarza do drugiego, ciągnięty przez matkę zdesperowaną, aby znaleźć przyczynę jego niestandardowego zachowania i upośledzenia językowego. Poprzez nieustające, czasem niekonwencjonalne, szkolenie, przebiła się przez barierę milczenia i nauczyła Tita dodawania i odejmowania, czerpania satysfakcji z literatury, a ostatecznie komunikowania za pomocą pisma, na samym początku przez przywiązanie ołówka do ręki. Dzięki jej wysiłkom Tito potrafi opisać z porażającą klarownością jak czuje się w swoim stanie, co jest rzadkie wśród nisko funkcjonujących osób z autyzmem.

Żywe autobiograficzne refleksje Tity pokazują osobę wrażliwą i inteligentną ponad swój wiek. W „Beyond The Silence”, książce, którą pisał od ósmego do jedenastego roku życia, a która została opublikowana w Wielkiej Brytanii w 2000 roku (w USA w 2003 roku jako Mind Tree) opisuje swoje pierwsze próby radzenia sobie z kakofonią nieuporządkowanych informacji przekazywanych przez zmysły i jego ciężką walkę o kontrolę nad własnym ciałem i zachowaniami. Pisał o dwóch odrębnych jaźniach, myślącym „ja”, które pełne było nauki oraz działającego „ja”, „dziwnego i pełnego akcji”, na którym miał tyle kontroli, co nad drugą osobą. „Te dwie jaźnie pozostały rozdzielne, odizolowane od siebie.”

– Wybitne osiągnięcia Tity nie pokonały jego autyzmu – mówi Michael Merzenich, neurobiolog z Uniwersytetu Kalifornii w San Francisco, który go badał. – W jego mózgu wciąż panuje chaos.

Skąd się bierze? Nie ma wątpliwości, że geny odgrywają rolę w przynajmniej niektórych formach zaburzenia. Ponadto, u dzieci, u których rozwija się później autyzm często dochodzi do gwałtownego rozwoju mózgu w pierwszym roku życia, co może wiązać się z nadprodukcją komórek, które przenoszą impulsy nerwowe w białej substancji mózgu.

Naukowcy Chris i Uta Frith z University College w Londynie określili zestaw struktur - jedną nad oczami, drugą w pobliżu ucha, a trzecią wysoko z boku mózgu - które pozwalają nam wnioskować, co inni myślą i odpowiednio się do tego odnieść. Regiony te są mniej aktywne u osób z autyzmem i zespołem Aspergera, łagodniejszą postacią choroby. Jednak inne części mózgu, w tym ciało migdałowate oraz hipokamp, mogą mieć swój w tym udział. Wątpliwe jest, by zaburzenie o tak szerokim spektrum objawów i patologii miało jedną przyczynę.

„Mężczyzn i kobiety dziwi to, co robię” pisze Tito. „Lekarze używają różnych terminologii, aby mnie opisać. Po prostu się zastanawiam.”

Słuch absolutny

Muzyka to wrodzony element ludzkiego umysłu. Nie ma kultury na Ziemi, w której by nie występowała, a nasze mózgi są stworzone do tego, by rozumieć i dać się ponieść jej magii. Jednak absolutny lub doskonały słuch, czyli zdolność do rozpoznania konkretnej nuty bez odniesienia do drugiej to niezwykle rzadki dar, który posiada jedna na 10 000 osób w społeczeństwach zachodnich.

Osoby, które posiadają tę cechę są w stanie określić dźwięk jako es lub dis tak łatwo jak przeciętna osoba dostrzeże, że wóz strażacki jest czerwony czy niebo niebieskie. Nic dziwnego, że występuje częściej wśród muzyków. Mieli go Mozart i Beethoven. Skąd jednak bierze się ta specyficzna zdolność?

Niektóre badania sugerują, że umiejętność ta może nie być aż tak nietypowa. Badacze z Uniwersytetu Kalifornii w San Diego odkryli, że osoby mówiące w językach tonalnych, na przykład po mandaryńsku lub wietnamsku, wykazują pewną formę słuchu absolutnego, mówiąc i powtarzając wiele dni później słowa w tej samej tonacji. W innym badaniu stwierdzono, że 7 procent nieazjatyckich pierwszoklasistów w Szkole Muzycznej Eastman w Rochester, w stanie Nowy Jork, posiada słuch doskonały, a w przypadku ich azjatyckich odpowiedników z Centralnego Konserwatorium Muzycznego w Pekinie liczba ta wzrasta do 63 procent.

Jednak niemożliwym jest, by powiązanie słuchu absolutnego i języka było całym wytłumaczeniem. Nie wszyscy użytkownicy języków tonalnych mają słuch doskonały, jak również nie wszyscy posiadacze słuchu absolutnego mówią w językach tonalnych. W Japonii cecha ta występuje stosunkowo często w porównaniu z Zachodem, a japoński to nie język tonalny. Być może genetyczna predyspozycja do słuchu absolutnego jest bardziej powszechna wśród populacji azjatyckich. Bardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem częstości jego występowania w Japonii może być wartość jaką kultura ta przypisuje wczesnej nauce muzyki dawnej, czego przykładem mogą być młodzi skrzypkowie odbywający szkolenie metodą Suzuki.

Niemowlę wie

Co dzieje się w głowie dziecka? Jasne jest, że niemowlęta nie potrafią komunikować swoich myśli bezpośrednio. Podobnie, nie należy oczekiwać, że będą spokojnie leżeć w ogłuszającej maszynie do rezonansu magnetycznego, na tyle długo, by naukowcy dokonali mapowania aktywności w ich mózgach. W Babylab, części Centrum Rozwoju Mózgu i Funkcji Poznawczych w Birkbeck na Uniwersytecie Londyńskim badacz Jordy Kaufman podchodzi bezpośrednio do czytania umysłu dziecka.

Kaufman daje sześciomiesięcznym dzieciom kaski z elektrodami do zapisu aktywności elektrycznej w mózgu, gdy oglądają kreskówkę, w której pociąg znika w tunelu.

Według tradycyjnych badań behawioralnych niemowlęta nie mają poczucia stałości obiektów: kiedy coś, na co patrzyły zostanie ukryte, zachowują się tak, jakby obiekt już nie istniał. Jednak supernowoczesny kask w Babylab rejestruje u niemowląt wybuch aktywności w prawym płacie skroniowym, gdy oglądają znikający pociąg. Podobnie dzieje się u dorosłych, którzy proszeni są o utrzymanie w pamięci niewidocznego obiektu. Do tego, kiedy tunel zostaje podniesiony, a w środku nie ma pociągu - co stanowi naruszenie stałości obiektu - aktywność elektryczna skacze, co sugeruje, że dzieci próbują utrzymać reprezentację pociągu w obliczu przeciwnych bodźców wizualnych.

Czy to oznacza, że stałość obiektów jest na stałe wpisana w mózg? Może. Kaufman woli jednak patrzeć na rozwój umysłu jako na wyjątkowo płodną interakcję między naturą i wychowaniem, gdzie wrodzone predyspozycje niemowlęcia prowadzą je do poszukiwania doświadczeń, które z kolei karmią i modelują wyspecjalizowane sieci neuronowe.

Na przykład predyspozycja do patrzenia na twarze, zdaje się być wrodzona, oparta na pierwotnych obszarach mózgu. Jednak Hanife Halit z Babylab wykazał, że regiony kory skroniowej funkcjonującej na wyższym poziomie stają się bardziej wyspecjalizowane w rozpoznawaniu twarzy w pierwszym roku życia, początkowo reagując na twarze ludzkie i małp ułożone we właściwej orientacji i do góry nogami, a na końcu tylko na właściwie zorientowane twarze ludzkie. Zdrowe dzieci wolą też twarze spoglądające na nie, a dzieci z autyzmem nie. Zdaniem Halita bez początkowej predyspozycji do interesowania się twarzami, mogłoby nie dojść do wzbogacenia mózgu dziecka przez interakcje społeczne kierujące normalnym rozwojem, co prowadzi do kompletnej obojętności na bodźce społeczne, jedną z cech autyzmu.

Zmieniony umysł

Jeszcze w latach osiemdziesiątych XX wieku ludzki mózg był uważany za rodzaj komputera biologicznego, który, jak ujął to pewien naukowiec: „wydziela myśli tak, jak nerki wydzielają mocz”. Teraz wiemy, że mózg jest znacznie bardziej plastyczny i płynnie zorganizowany niż wynikałoby z analogii do sprzętu komputerowego, a każda dostrzeżona rzecz i działanie go odmieniają.

W ostatniej dekadzie pojawiły się przekonujące dowody na neuroplastyczność pod postacią badań osób niewidomych prowadzonych przez Alvaro Pascual-Leone, obecnie profesora neurologii na Uniwersytecie Harvarda i w szpitalu Beth Israel w Bostonie.

Na początku 1990 Pascual-Leone i jego koledzy z Krajowego Instytutu Zdrowia pokazali, że wraz z nauką przez niewidomych dorosłych Braille'a, ich region somatosensoryczny (dotykowy) kory mózgowej odpowiadający za odbiór przekazów z wykorzystywanego do czytania palca znacznie się powiększał. W 1996 roku naukowcy dokonali jeszcze bardziej zaskakującego odkrycia: przekaz z uwrażliwionego palca pobudzał nie tylko korę somatosensoryczną z boku mózgu, ale również części kory wzrokowej z tyłu mózgu.

Czy to możliwe, że u niewidomych dorosłych nawiązywane były nowe połączenia nerwowe przebiegające przez cały mózg w celu zajęcia pozbawionych przekazu z niedziałających oczu neuronów? Pascual-Leone sprawdza tę hipotezę poprzez założenie osobom widzącym opasek na oczy na pięć dni. Po zaledwie dwóch dniach, badania fMRI wykazały wzmożoną aktywność w ich korze wzrokowej, gdy wykonywali zadania palcami, a nawet wtedy, gdy słuchali dźwięków lub słów. Okres czasu był zdecydowanie zbyt krótki na wykształcenie jakichkolwiek połączeń nerwowych z regionów odpowiedzialnych za dotyk i słuch do obszaru przetwarzania informacji wizualnych. Ponadto, po zdjęciu opaski wystarczyło kilka godzin, by kora wzrokowa odpowiadała wyłącznie na bodźce z oczu.

Co więc odpowiada za tę nagle pojawiającą się zdolność mózgu do „widzenia” informacji z palców i uszu? Pascual-Leone sugeruje, że powiązania z tych zmysłów do kory wzrokowej mogą już istnieć, ale pozostają niewykorzystane tak długo, jak oczy robią swoje. W przypadku niedostępności oczu, wdrożony zostaje najlepszy sposób na uzyskanie tych samych informacji.

– To kontrowersyjna idea, ale twierdzimy, że mózg być może nie jest w ogólne zorganizowany według funkcji zmysłów – mówi. To, co neurolodzy nazywają korą wzrokową przez cały miniony wiek być może nie stanowi wyłącznej domeny oczu, ale raczej pełni funkcję obszaru mózgu najlepiej przystosowanego do przetwarzania relacji przestrzennych. Dlatego wykorzysta dowolne dostępne bodźce, które pozwalają wypełnić to zadanie.

Ekstremalna ekspresja

Każdego ranka Alice Flaherty, neurolog z Massachusetts General Hospital w Bostonie, pisze na swoim komputerze już o 4:30. W ciągu dnia często również pisze na świstkach papieru, papierze toaletowym, stroju operacyjnym, a jeśli nic innego nie ma pod ręką, na własnej skórze. Niektóre z jej najlepszych pomysłów przychodzą, gdy jest pod prysznicem, więc ma w nim ołówek woskowy i pisze na ścianach. Wozi również długopis zamocowany do roweru, na wypadek, gdyby muza dopadła ją w połowie przejażdżki.

Teraz obsesja pisania Flaherty to w równej mierze przyjemność i przymus. Związana jest jednak z bolesną stratą, której doświadczyła w 1998 roku, gdy zmarli jej przedwcześnie urodzeni bliźniacy. To wtedy u Flaherty, która już wcześniej dużo pisała, wykształciła się hipergrafia, maniakalna, czyli zaburzenie charakteryzujące się niepohamowaną chęcią pisania i pisania, i pisania... Zaczęła pisać 20-krotnie więcej niż wcześniej. Dokuczliwa potrzeba napisania czegoś budziła ją w środku nocy i zmuszała do pisania po ciemku, w otoczeniu porozrzucanych nabazgranych notatek. Kolejne nasilenie pojawiło się po narodzinach jej dwóch córek, teraz zdrowych pięciolatek.

Zawodowe i osobiste zainteresowanie Flaherty hipergrafią doprowadziło ją do podjęcia, może niespecjalnie zaskakującego kroku - napisała o niej książce. Badaczka spekuluje, że jej własne najgorsze nasilenia zostały wywołane przez pandemonium hormonalne towarzyszące narodzinom dziecka. Zazwyczaj przypadłość ta jest objawem depresji maniakalnej, manii i innych zaburzeń nastroju. Wiąże się najczęściej z padaczką skroniową - zaburzeniem, które może prowadzić do powstawania niezwykle religijnych uczuć i poczucia, że nawet najbardziej banalne zdarzenia przepełnione są znaczeniem, wręcz w skali wszechświata. Przymus pisania dotykający osobę cierpiącą na hipergrafię nie wiąże się, niestety, z dodatkowym talentem. Wywody Unabombera, czyli Theodore'a Kaczynskiego, czy słowotok typowy dla niektórych blogów, to typowy efekt.

Niemniej jednak, kluczowa rola jaką w hipergrafii odgrywa płat skroniowy może okazać się drzwiami do świata neuronalnych podstaw twórczości literackiej, jak i twórczości w ogóle. Zgodnie z powszechnie panującym przekonaniem, prawa półkula mózgu jest bardziej twórcza, a lewa logiczna i obiektywna. Chociaż istnieją co tego pewne podstawy, jest to zdecydowane uproszczenie. Jak Flaherty stwierdza w swojej książce „The Midnight Disease: The Drive to Write, Writer's Block, and the Creative Brain” [Choroba północy: pęd twórczy, blokada pisarska i twórcze aspekty mózgu] w przypadku twórczego myślenia ważniejsze mogą być połączenia nawiązane przez układ limbiczny - bardziej prymitywną, emocjonalną część mózgu - między płatami skroniowymi po bokach mózgu i płatami czołowymi za czołem. Płaty czołowe mogą bowiem być ważne w zapewnieniu oceny i gibkości myślenia, które stanowią podstawę dla talentu. Struktury płatów skroniowych i układu limbicznego dają motywację, a to ona zdaniem Flaherty jest ważniejsze z punktu widzenia twórczości niż sam talent. Odnosi się to nie tylko do pisania, ale do wszystkich rodzajów działalności twórczej.

– Aby być naprawdę twórczym szachistą – mówi – samo zamiłowanie do gry i ćwiczenie po dziesięć godzin dziennie, mogą być ważniejsze niż jakaś specjalna zdolność do rozpoznawania wzorców w mózgu.

Stan ducha

Od 2500 lat buddyści wykorzystywali specjalne techniki szkolenia umysłu, aby skierować swoją psychikę z dala od destrukcyjnych emocji, w stronę bardziej współczującego, szczęśliwszego podejścia do życia. Zachęceni przez multum nowych dowodów na plastyczność mózgu, zachodni neurolodzy wykazali żywe zainteresowanie. Czy medytacja może, dosłownie, zmienić umysł?

W ostatnich latach Richard Davidson i jego koledzy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison badali aktywność mózgu tybetańskich mnichów, zarówno w stanach medytacyjnych, jak i zwykłych. Grupa Davidsona udowodniła wcześniej, że ludzi skłonnych do padania ofiarą negatywnych emocji cechuje ciągła, uporczywa aktywność w obszarze prawej kory przedczołowej. U osób o bardziej pozytywnym temperamencie aktywność skupiała się w lewej korze przedczołowej. Gdy Davidson przeprowadził eksperyment na starszym tybetańskim lamie sprawnym w sztuce medytacji, bazowy poziom aktywności jego mózgu okazał się wysunięty o wiele dalej na lewo niż u kogokolwiek testowanego wcześniej. Gdyby oceniać po tym jednym badaniu, byłby wymiernie najszczęśliwszym człowiekiem na świecie.

Davidson zbadał niedawno poziom aktywności w obszarze przedczołowym u niektórych wolontariuszy z zajmującej się nowoczesnymi technologiami firmy w stanie Wisconsin. Jedna grupa wolontariuszy następnie przeszła ośmiotygodniowe szkolenie w medytacji, podczas gdy grupa kontrolna nie. Wszyscy uczestnicy zostali również zaszczepieni na grypę.

Na koniec badania osoby, które medytowały wykazywały znaczne przesunięcie aktywności mózgu w lewo, do „szczęśliwszej” kory czołowej. Medytujących cechowała również lepsza odpowiedź immunologiczna na szczepionkę na grypę, co sugeruje, że trening wpływa na zdrowie organizmu tak samo jak i umysłu.

– Nie musisz stać się buddystą – stwierdził sam Dalajlama, który z uwagą śledzi prace zachodnich naukowców zajmujących się funkcjami poznawczymi, takich jak Davidson. – Każdy ma potencjał, aby prowadzić spokojne i pełne sensu życie.

Autor: James Shreeve

1 z 1

mozg

Elektrody podłączone do mózgu tybetańskiego mnicha. Autor: Cary Wolińsky