Mozek — Jak pracuje?

„Mozek je část těla, která se studuje nejobtížněji,“ řekl E. Fuller Torrey, psychiatr z amerického Národního institutu pro duševní zdraví. „Nosíme ho v této schránce na svých ramenech, a to je pro výzkum značně nepraktické.“

VĚDCI nicméně říkají, že o způsobu, jakým mozek zpracovává informace, které dostává od našich pěti smyslů, toho již vědí hodně. Podívejme se například na to, jak mozek zpracovává zrakové vjemy.

Oči naší mysli

Světlo se dostává do našeho oka a dopadá na sítnici, která leží na zadní straně naší oční bulvy a skládá se ze tří vrstev buněk. Světlo proniká až ke třetí vrstvě. Tato vrstva obsahuje buňky označované jako tyčinky, které jsou citlivé na intenzitu světla, a čípky, které vnímají různou vlnovou délku světla odpovídající barvám červené, zelené a modré. Pigment v těchto buňkách světlem vybledne, a ty vyšlou signál k buňkám druhé vrstvy a odtud do dalších buněk ve vrstvě přední. Axony těchto buněk tvoří zrakový nerv.

Miliony neuronů ve zrakovém nervu se v blízkosti mozku kříží v místě, které se označuje jako zkřížení zrakového nervu. Neurony přivádějící signály z levé části sítnice každého oka zde vytvoří souběžné dráhy, které jdou do levé strany mozku. Podobně se spojí signály z pravé strany sítnice, které putují do pravé strany mozku. Impulsy jdou dále do přepínací stanice v talamu a odtud je další neuron přenáší do oblasti v zadní části mozku, která je známa jako zraková kůra.

Různé aspekty zrakové informace přicházejí do mozku souběžnými drahami. Vědci nyní vědí, že primární zraková kůra a další, přilehlá oblast fungují jako poštovní úřad, který třídí, směruje a integruje různé informace od neuronů. Třetí oblast rozlišuje tvar, například hrany předmětu, a pohyb. Čtvrtá oblast rozeznává jak formu, tak barvu, kdežto pátá oblast při sledování pohybu nepřetržitě doplňuje mapy zrakových dat. Nejnovější výzkum ukazuje, že na zpracovávání informací přicházejících z oka se podílí až třicet různých oblastí mozku. Jak jsou však tyto oblasti propojeny, aby nám vytvořily obraz? Ano, jak naše mysl „vidí“?

Jak mozek „vidí“?

Oko sice sbírá informace pro mozek, ale informace, jež do mozku přicházejí, zjevně zpracovává mozková kůra. Uděláme-li fotoaparátem snímek, jsou na něm vidět všechny detaily. Pozorujeme-li však stejný výjev očima, uvědomujeme si pouze tu část dějiště, na kterou jsme zaměřili svou pozornost. Jak to mozek dělá, zůstává tajemstvím. Někteří odborníci se domnívají, že to je výsledek postupné integrace zrakových informací v takzvaných konvergentních zónách, které pomáhají porovnat to, co vidíte, s tím, co již znáte. Jiní odborníci se domnívají, že nevidíte-li něco, co je v zorném poli, je to prostě proto, že neurony řídící soustředěné vidění nejsou aktivní.

Obtíže, které mají vědci při výkladu mechanismu vidění, nejsou ničím ve srovnání s tím, jak obtížné je jen definovat to, čeho se „vědomí“ a „mysl“ vlastně týká. Nový pohled do lidského mozku poskytly vědcům zobrazovací techniky, jako například metoda magnetické rezonance a pozitronová emisní tomografie. A sledováním průtoku krve některými oblastmi mozku při procesech myšlení dospěli vědci s rozumnou mírou jistoty k závěru, že k tomu, aby bylo možné slyšet slova, vidět slova a mluvit slova, zjevně pomáhají různé oblasti kůry. Jeden autor však dochází k závěru, že „fenomén mysli, vědomí, je mnohem komplexnější. . ., než se předpokládalo“. Ano, velkou část tajemství mozku je třeba teprve odhalit.

Mozek — pouze podivuhodný počítač?

K pochopení našeho složitého mozku nám pomáhají přirovnání. Na začátku průmyslové revoluce v polovině 18. století se stalo módou přirovnávat mozek ke stroji. Když se později stala symbolem pokroku telefonní ústředna, lidé přirovnávali mozek k rušné centrále s operátorem, který dělá rozhodnutí. Složité úkoly dnes řeší počítače, a někteří lidé proto mozek přirovnávají k počítači. Vystihuje toto přirovnání, jak mozek pracuje?

Mezi mozkem a počítačem jsou významné základní rozdíly. Mozek je v podstatě systém chemický, a ne elektrický. V každé buňce probíhá množství chemických reakcí, a tím se mozek naprosto liší od počítače. Také, jak uvádí dr. Susan Greenfieldová, „mozek prostě nikdo nenaprogramuje — je to proaktivní orgán, který pracuje spontánně“. Tím se liší od počítače, který naprogramován být musí.

Neurony spolu komunikují složitým způsobem. Mnohé neurony reagují na tisíc i více synaptických vstupů. Abychom pochopili, co to znamená, podívejme se na výzkum jednoho neurobiologa. Chtěl zjistit, jak vnímáme pachy, a proto studoval oblast mozku, která leží na spodní straně mozku přímo v úrovni nosu. Tento neurobiolog uvádí: „Dokonce i při tomto zdánlivě jednoduchém úkonu, který ve srovnání s odvozením nějaké geometrické poučky nebo pochopením Beethovenova houslového kvarteta vypadá jako hračka, je zapojeno šest milionů neuronů, a každý z nich dostává asi deset tisíc impulsů od dalších neuronů.“

Mozek je však víc než jen soubor neuronů. U každého neuronu je několik gliových buněk. Tyto buňky jsou nejen jakýmsi vazivem mozku, ale neuronům kromě toho poskytují elektrickou izolaci, chrání je před infekcí a tvoří ochrannou bariéru mezi nervovou tkání a krví. Vědci se domnívají, že gliové buňky mohou mít i jiné funkce, které ještě nebyly objeveny. „Zřejmá analogie s počítači, které vyrobili lidé a které v digitální formě zpracovávají elektronické informace, může být tak nedokonalá, až je zavádějící,“ uzavírá časopis Economist.

V mozku jsou však ještě další záhady, o nichž by bylo možné diskutovat.

Co je podkladem paměti?

Paměť — podle profesora Richarda F. Thompsona „snad nejzvláštnější jev ve světě přírody“ — se týká několika odlišných mozkových funkcí. Většina lidí, kteří studují mozek, rozděluje paměť na dva druhy — deklarativní a nedeklarativní. Nedeklarativní paměť obsahuje dovednosti a návyky. Deklarativní paměť se naopak týká uchovávání faktů. Kniha The Brain — A Neuroscience Primer (Mozek — Základy nauky o nervové tkáni) detailně uvádí paměťové procesy podle toho, jak dlouho trvají — velmi krátkodobá paměť, která trvá asi sto milisekund; krátkodobá paměť, která trvá několik sekund; pracovní paměť, kde se uchovávají nedávné zážitky; a dlouhodobá paměť, kde se uchovává verbální materiál, který jsme si nacvičili, a motorické dovednosti, které používáme.

Jedno z možných vysvětlení dlouhodobé paměti je to, že začíná aktivitou v přední části mozku. Informace vybraná pro dlouhodobou paměť přichází ve formě elektrického impulsu do části mozku, která se jmenuje hipokampus. Zde je schopnost neuronů přenášet informace potom posilována procesem, který se nazývá dlouhodobá potenciace. (Viz rámeček „Překlenutí štěrbiny“.)

Jiná teorie paměti vychází z názoru, že klíčovou roli hrají mozkové vlny. Zastánci této teorie jsou přesvědčeni, že spojování paměťových stop a regulaci toho, kdy dojde k aktivaci různých mozkových buněk, napomáhá pravidelné kolísání elektrické aktivity mozku, které je tak trochu podobné pravidelnému bubnování.

Vědci se domnívají, že mozek ukládá různé aspekty paměti na různých místech a že každý pojem je vázán na tu oblast mozku, která je specializována na to, aby jej vnímala. Některé části mozku jsou do paměti zcela jistě zapojeny. V amygdale, malé skupince nervových buněk velikosti mandle, která leží v blízkosti mozkového kmene, se zpracovávají paměťové stopy strachu. Bazální ganglia řídí pohyby související s návyky a s tělesnou dovedností. Mozeček, který leží na spodní straně mozku, se soustřeďuje na učení podmiňováním a na reflexy. Předpokládá se, že je zde i schopnost udržet rovnováhu — například při jízdě na kole.

Při tomto krátkém nahlédnutí do činnosti mozku bylo nutné vynechat podrobnosti o mnoha dalších pozoruhodných funkcích mozku, jako je schopnost orientovat se v čase, osvojit si jazyk i složité motorické dovednosti, způsob regulace nervového systému těla a životně důležitých orgánů i schopnost vyrovnat se s bolestí. Chemické látky, které spojují mozek s imunitním systémem, ještě odhaleny nebyly. „Je tak neuvěřitelně složitý,“ uvádí David Felten, který se touto problematikou zabývá, „že si člověk říká, zda máme vůbec naději zjistit, jak vlastně funguje.“

Ačkoli mnoho záhad mozku není odhaleno, přesto nám tento pozoruhodný orgán umožňuje myslet, rozjímat a vybavovat si to, co jsme se již naučili. Jak ale můžeme mozek využívat co nejlépe? Na to nám odpoví poslední článek této série.

[Rámeček a obrázky na straně 8]

PŘEKLENUTÍ ŠTĚRBINY

Nervový impuls se při stimulaci neuronu pohybuje po jeho axonu. Impuls se dostane k synaptickému zakončení, v němž jsou nepatrné kuličky (synaptické měchýřky), které obsahují tisíce molekul mediátoru. Impuls zde způsobí, že synaptické měchýřky se s povrchem nervového zakončení spojí a zásoba mediátorů se uvolní do synapse.

Tyto mediátory komplikovaným systémem ‚klíčů‘ a ‚zámků‘ otevírají a uzavírají vstupní kanály následujícího neuronu. Výsledkem je, že do cílového neuronu proudí elektricky nabité částice a způsobují zde další chemické změny, které buď spustí elektrický impuls, nebo další elektrickou aktivitu zablokují.

Jsou-li neurony pravidelně drážděny a do synapse se uvolňují mediátory, dochází k jevu, který se nazývá dlouhodobá potenciace. Někteří vědci jsou přesvědčeni, že neurony se při tom k sobě přibližují. Podle jiných vědců existují doklady o tom, že neuron, který signál přijal, působí zpětně na neuron, který signál přivedl. To zase vyvolává chemické změny, jež vedou k tvorbě většího množství bílkovin působících jako mediátory. A to posiluje vazbu mezi neurony.

Vzhledem k tomu, že v mozku se spojení mění, a vzhledem k jeho přizpůsobivosti je tedy užitečné často si opakovat to, co si chcete uchovat v paměti.

Axon

Vlákno, po kterém se šíří signál a které propojuje neurony.

Dendrity

Krátké, rozvětvené spojky mezi neurony.

Neurity

Výběžky neuronu podobné tykadlům. Existují dva hlavní druhy — axony a dendrity.

Neurony

Nervové buňky. V mozku je asi deset miliard až sto miliard neuronů a „každý je spojen se sty, někdy i s tisíci dalšími buňkami“.

Mediátory

Chemické látky přenášející nervový signál přes takzvanou synaptickou štěrbinu, jež je mezi nervovou buňkou neboli neuronem, který signál vysílá, a tím, který signál přijímá.

Synapse

Štěrbina mezi neuronem nebo nervem, který signál vysílá, a tím, který signál přijímá.

[Podpisky]

Na základě knihy The Human Mind Explained od profesorky Susan A. Greenfieldové, 1996.

CNR/Science Photo Library/PR

[Rámeček a obrázky na straně 9]

SCHOPNOSTI CHARAKTERISTICKÉ PRO LIDI

Specializované oblasti mozku známé jako jazyková centra umožňují člověku pozoruhodnou schopnost komunikace. Zdá se, že to, co chceme říci, se utváří v jedné oblasti levé mozkové hemisféry, která je známa jako Wernickeova oblast (1). Tato oblast komunikuje s Brocovou oblastí (2), která uplatňuje v řeči gramatické zásady. Impulsy se potom dostanou až k sousedním motorickým oblastem, které řídí svaly tváře a pomáhají nám formulovat správná slova. Tyto oblasti jsou navíc spojeny se zrakovým systémem mozku, který nám umožňuje číst; se systémem sluchu, který nám umožňuje slyšet, rozumět a reagovat na to, co nám druzí říkají; a přehlédnout nelze ani databanku paměti uchovávající hodnotné myšlenky. „To, čím se vlastně lidé odlišují od zvířat,“ uvádí studijní brožura Journey to the Centres of the Brain (Cesta k centrům mozku), „je lidská schopnost naučit se neuvěřitelně různorodé dovednosti, fakta a pravidla nejen o hmotných věcech v okolním světě, ale zvláště o jiných lidech a o tom, proč se určitým způsobem chovají.“

[Obrázky na straně 7]

Různé oblasti mozku zpracovávají barvu, formu, intenzitu a tvar a také zaznamenávají pohyb

[Podpisek]

Kanadské parky/J. N. Flyn