Jak moderní mainstreamová věda zkoumá mozek?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Není to tak dávno, co se podle historických standardů o mozku mluvilo jako o „černé skříňce“, procesy uvnitř zůstávaly záhadou. Nedávné vědecké úspěchy nám již nedovolují deklarovat to tak kategoricky. V oblasti výzkumu mozku je však stále daleko více otázek než jednoznačných odpovědí.

V tomto systému, který má kosmické numerické parametry a je v neustálém pohybu, je nesmírně obtížné rozpoznat mechanismy, které by mohly souviset s tím, co nazýváme pamětí a myšlením. Někdy k tomu musíte proniknout přímo do mozku. V nejpřímějším fyzickém smyslu.

Ať už obránci divoké přírody říkají cokoli, nikdo dosud nezakázal výzkumníkům experimentovat na mozcích opic a krys. Pokud však jde o lidský mozek – samozřejmě živý mozek – experimenty na něm jsou z právních a etických důvodů prakticky nemožné. Do "šedé hmoty" se dostanete jen, jak se říká, pro společnost s léky.

Dráty v mé hlavě

Jednou z takových příležitostí, které se výzkumníkům mozku naskytla, byla potřeba chirurgické léčby závažných případů epilepsie, které nereagují na medikamentózní terapii. Příčinou onemocnění jsou postižené oblasti středního temporálního laloku. Právě tyto oblasti je třeba pomocí neurochirurgických metod odstranit, ale především identifikovat, abychom takříkajíc „neodřízli přebytek“.

Americký neurochirurg Yitzhak Fried z Kalifornské univerzity (Los Angeles) jako jeden z prvních aplikoval v 70. letech minulého století technologii zavádění 1mm elektrod přímo do mozkové kůry. Ve srovnání s velikostí nervových buněk měly elektrody kyklopské rozměry, ale i tak hrubý přístroj stačil k odstranění průměrného elektrického signálu z řady neuronů (od tisíce do milionu).

V zásadě to stačilo k dosažení čistě lékařských cílů, ale v určité fázi bylo rozhodnuto nástroj vylepšit. Od této chvíle dostala milimetrová elektroda konec v podobě rozvětvení osmi tenčích elektrod o průměru 50 μm.

To umožnilo zvýšit přesnost měření až po fixaci signálu z relativně malých skupin neuronů. Byly také vyvinuty metody, jak odfiltrovat signál vysílaný z jedné nervové buňky v mozku od „kolektivního“šumu. To vše nebylo provedeno pro lékařské účely, ale pro čistě vědecké účely.

Co je plasticita mozku?

Plasticita mozku je úžasná schopnost našeho orgánu myšlení přizpůsobit se měnícím se okolnostem. Pokud se naučíme dovednost a intenzivně trénujeme mozek, objeví se zahuštění v oblasti mozku, která je za tuto dovednost zodpovědná. Neurony tam umístěné vytvářejí další spojení a upevňují nově nabyté dovednosti. V případě poškození životně důležité části mozku mozek někdy znovu vyvine ztracená centra v neporušené oblasti.

Pojmenované neurony

Předmětem výzkumu byli lidé čekající na operaci pro epilepsii: zatímco elektrody zapuštěné v mozkové kůře snímaly signály z neuronů, aby přesně určily oblast chirurgického zásahu, byly na cestě provedeny velmi zajímavé experimenty. A to byl právě ten případ, kdy ikony popkultury – hollywoodské hvězdy, jejichž obrazy snadno rozezná většina světové populace, přinesly vědě skutečný přínos.

Spolupracovník Yitzhaka Fridy, lékař a neurofyziolog Rodrigo Kian Quiroga, ukázal subjektům na svém notebooku výběr známých vizuálů, včetně populárních osobností a slavných staveb, jako je Opera v Sydney.

Když byly tyto obrázky ukázány, byla pozorována elektrická aktivita jednotlivých neuronů v mozku a různé obrázky „zapínaly“různé nervové buňky. Například byl instalován „neuron Jennifer Aniston“, který „vystřelil“, kdykoli se na obrazovce objevil portrét této romantické herečky. Ať už byla Aniston subjektu ukázána jakákoli fotografie, neuron „její jméno“neselhal. Navíc fungovalo i to, když se na obrazovce objevily snímky ze slavného televizního seriálu, ve kterých herečka hrála, i když v záběru sama nebyla. Ale při pohledu na dívky, které vypadaly pouze jako Jennifer, neuron mlčel.

Studovaná nervová buňka, jak se ukázalo, byla spojena právě s holistickým obrazem konkrétní herečky, a už vůbec ne s jednotlivými prvky jejího vzhledu nebo oblečení. A tento objev poskytl, ne-li klíč, pak klíč k pochopení mechanismů dlouhodobého uchování paměti v lidském mozku.

Jediné, co nám bránilo posunout se kupředu, byly samotné úvahy o etice a právu, které byly zmíněny výše. Vědci nemohli umístit elektrody do žádné jiné oblasti mozku, kromě těch, které byly podrobeny předoperačnímu výzkumu, a samotná studie měla omezený lékařský časový rámec.

To velmi ztěžovalo hledání odpovědi na otázku, zda neuron Jennifer Aniston, Brada Pitta nebo Eiffelova věž skutečně existuje, nebo možná v důsledku měření vědci náhodou narazili pouze na jednu buňku z celé sítě. vzájemně propojeny synaptickými spoji, které zodpovídají za uchování nebo rozpoznání určitého obrazu.

Hraní si s obrázky

Ať je to jak chce, experimenty pokračovaly a přidal se k nim Moran Cerf – nesmírně všestranná osobnost. Narodil se jako Izraelec, vyzkoušel se jako obchodní konzultant, hacker a zároveň instruktor počítačové bezpečnosti, stejně jako výtvarník a spisovatel komiksů, spisovatel a hudebník.

Právě tento muž se spektrem talentů hodných renesance se zavázal vytvořit jakési neuromachine rozhraní na bázi neuronu Jennifer Aniston a podobně. Tentokrát 12 pacientů Medical Center pojmenovaných po V. I. Ronald Reagan na Kalifornské univerzitě. V průběhu předoperačních studií bylo do oblasti středního temporálního laloku zavedeno 64 samostatných elektrod. Paralelně s tím začaly experimenty.

Rozvoj věd o vyšší nervové aktivitě slibuje neuvěřitelné vyhlídky: lidé budou schopni lépe porozumět sami sobě a vyrovnat se s dnes již nevyléčitelnými nemocemi. Problémem zůstává morální a právní stránka experimentů na živém lidském mozku.

Lidem bylo nejprve ukázáno 110 obrázků s tématy popkultury. V důsledku tohoto prvního kola byly vybrány čtyři obrázky, při jejichž pohledu byla u celého tuctu subjektů jasně zaznamenána excitace neuronů v různých částech studované oblasti kůry. Poté byly na obrazovce současně zobrazeny dva obrázky, navrstvené na sebe a každý měl 50% průhlednost, to znamená, že obrázky prosvítaly přes sebe.

Subjekt byl požádán, aby v duchu zvýšil jas jednoho ze dvou snímků, aby zakryl svého „soupeře“. V tomto případě neuron zodpovědný za obraz, na který byla soustředěna pozornost pacienta, produkoval silnější elektrický signál než neuron spojený s druhým obrazem. Pulsy byly fixovány elektrodami, vstoupily do dekodéru a přeměnily se na signál, který řídí jas (neboli průhlednost) obrazu.

Práce myšlenky tedy stačila na to, aby jeden obrázek začal „zatloukat“do druhého. Když byly subjekty požádány, aby nezintenzivňovaly, ale naopak aby jeden ze dvou snímků zesvětlily, spojení mozek-počítač opět fungovalo.

Lehká hlava

Stála tato vzrušující hra za potřebu provádět experimenty na živých lidech, zejména na těch, kteří mají vážné zdravotní problémy? Podle autorů projektu to stálo za to, protože badatelé uspokojili nejen své vědecké zájmy zásadního charakteru, ale také tápali po přístupech k řešení poměrně aplikovaných problémů.

Pokud jsou v mozku neurony (nebo svazky neuronů), které jsou vzrušené při pohledu na Jennifer Aniston, pak musí existovat mozkové buňky, které jsou zodpovědné za pojmy a obrazy, které jsou pro život důležitější. V případech, kdy pacient není schopen mluvit nebo signalizovat své problémy a potřeby gesty, pomůže přímé spojení s mozkem lékařům dozvědět se o potřebách pacienta z neuronů. Navíc čím více asociací bude založeno, tím více bude člověk schopen o sobě komunikovat.

Nicméně elektroda zapuštěná v mozku, i když má průměr 50 mikronů, je příliš hrubý nástroj na přesné zacílení konkrétního neuronu. Jemnější metodou interakce je optogenetika, která zahrnuje transformaci nervových buněk na genetické úrovni.

Za průkopníky tohoto směru jsou považováni Ed Boyden a Karl Thessot, kteří započali své působení na Stanfordské univerzitě. Jejich myšlenkou bylo působit na neurony pomocí miniaturních světelných zdrojů. K tomu musí být buňky samozřejmě citlivé na světlo.

Vzhledem k tomu, že fyzické manipulace s transplantací světlocitlivých proteinů - opsinů - do jednotlivých buněk jsou téměř nemožné, vědci navrhli … infikovat neurony virem. Právě tento virus vnese do genomu buněk gen, který syntetizuje protein citlivý na světlo.

Tato technologie má několik potenciálních využití. Jedním z nich je částečná obnova zraku u oka s poškozenou sítnicí propůjčením světlocitlivých vlastností zbývajícím světlocitlivým buňkám (existují úspěšné pokusy na zvířatech). Přijímáním elektrických signálů způsobených dopadajícím světlem se s nimi mozek brzy naučí pracovat a interpretovat je jako obraz, byť horší kvality.

Další aplikací je práce s neurony přímo v mozku pomocí miniaturních světlovodů. Aktivací různých neuronů v mozku zvířat pomocí paprsku světla je možné vysledovat, jaké behaviorální reakce tyto neurony způsobují. Navíc „světelný“zásah do mozku může mít v budoucnu terapeutickou hodnotu.