Tajemnice mózgu

Na świecie prowadzonych jest coraz więcej badań nad ludzkim mózgiem. Stany Zjednoczone i Unia Europejska rozpoczęły nowe programy, które mają na celu lepsze poznanie tego najbardziej skomplikowanego ludzkiego organu. Naukowcy analizują mózgi myszy, much i ludzi. Technologia pozwalająca na zapis aktywności mózgu jest udoskonalana w rewolucyjnym tempie.
Narodowy Instytut Zdrowia Stanów Zjednoczonych wydaje 4,5 mld dolarów rocznie na badania nad mózgiem i prowadzi konsultacje z najlepszymi neuronaukowcami w kraju. Wszystko to w ramach inicjatywy ogłoszonej przez prezydenta Baracka Obamę, skupiającej się na poszerzaniu podstawowej wiedzy na temat funkcjonowania mózgu.
Naukowcy gromadzą najważniejsze informacje, na przykład na temat tego, jak człowiek zapamiętuje i analizuje dane miejsce. Za pracę nad tym zagadnieniem Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii otrzymali w tym roku amerykańsko-brytyjski neurobiolog John O’Keefe i norweskie małżeństwo May-Britt Moser i Edvard Moser.moozg

Luki w wiedzy

Ale im więcej mamy danych, tym bardziej widać jak wiele jeszcze jest luk w naszej wiedzy.
Wiele ważnych i mniej ważnych pytań wciąż pozostaje bez odpowiedzi. Na przykład: W jaki sposób informacja jest kodowana i przekazywana z komórki do komórki lub z sieci komórek do innej sieci komórek?
Naukowcy znaleźli kod genetyczny, ale wciąż nie mamy “szeroko mózgowego” kodu neuronów. Nie istnieje żaden alfabet elektryczny czy chemiczny, który może określić i powiedzieć “czerwony”, “strach”, “biegnij”. Nadal nie wiemy, czy informacje są kodowane w różny sposób, w różnych częściach mózgu.
Sebastian Seung z Princeton, autor publikacji “W jaki sposób połączenia w mózgu determinują to, kim jesteśmy”, mówi ze wzruszeniem o tym, że tożsamość, osobowość i pamięć – wszystkie rzeczy, które definiują człowieka – wywodzą się z komórek mózgowych i są ze sobą połączone.
Obecnie w laboratorium pracuje nad strukturami ruchu – wykrywa neurony w siatkówce oka myszy.

Pionier neurologii

64-letni Larry Abbot, były fizyk teoretyczny, który jest obecnie zastępcą dyrektora w Centrum Neurologii na Uniwersytecie Columbia, jest jednym z najbardziej znanych teoretyków w tej dziedzinie. Jego nazwisko zawsze pojawia się w dyskusji na temat mózgu.
Edvard Moser z Norweskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii, jeden z tegorocznych laureatów Nobla, nazwał go “pionierem obliczeniowej neurologii”.
Cori Bargmann z Uniwersytetu Rockefeller mówi, że Abbott w pracy doskonale wykorzystuje umiejętności matematyczne i bierze udział w licznych doświadczeniach.
“Larry jest skłonny zaakceptować niedoskonałość danych neurologicznych i pracować z tymi ograniczeniami. Teoria jest piękna i spójna. Ale biologia już nie” – stwierdza i dodaje, że Abbott prowadzi całe pokolenie teoretyków w takim kierunku, co ma duże znaczenie dla rozwoju neurologii.
Kariera Abbotta jest nietypowa, bo dość późno przeszedł z fizyki do neurologii. W latach 80. był profesorem fizyki na Uniwersytecie Brandeis, gdzie zrobił doktorat.
Gdy rozważał już zakończenie kariery, został zatrzymany w pracy przez Eve Marder z laboratorium uniwersyteckiego, która odkrywa tajemnice małej sieci neuronów kontrolującej mięśnie u krabów.
Marder wprowadziła Larry’ego w nową dziedzinie, odpowiadając na wszystkie jego pytania. Jak mówi, został on natychmiast zaakceptowany przez całe środowisko, bo jest bardzo inteligentny, a przy tym niezwykle skromny.
“Abbott dokonał czegoś zdumiewającego” – twierdzi Eve. “Po sześciu miesiącach rozumie, co ludzie wiedzą, a do czego jeszcze nie doszli” – dodaje.
Larry mówi, że odpowiednie ułożenie współpracy zajęło trochę czasu. “Rozmawialiśmy z Eve przez rok i dopiero po tym czasie zaczęliśmy dobrze się rozumieć” – wyjaśnia.

Komputerowy model

Wspólnie odkryli coś, co nazywane jest “dynamiczną techniką zaciskową”, polegającą na podłączaniu komórek mózgu do komputera, by wpływać na ich aktywność i testować pomysły dotyczące tego w jaki sposób działają komórki i sieć komórek.
Dziesięć lat temu Abbott przeniósł się z Brandeis do Columbii, dla której  pracuje obecnie największa grup neurologów teoretycznych na świecie.
Larry współpracuje z naukowcami z Columbii i z innymi z całego świata i stara się stworzyć komputerowy model tego, w jaki sposób może funkcjonować mózg.
Abbott tłumaczy, że naukowcy poznali już dość dobrze pojedyncze neurony. Teraz najważniejszym pytaniem dla niego i dla innych neurologów jest jak działają większe grupy, złożone z tysięcy neuronów, by człowiek mógł np. sięgnąć po filiżankę lub zobaczyć coś, na przykład kwiat.
Istnieją już sposoby zapisywania aktywności neuronów w mózgu, i te metody są szybko udoskonalane. Ale – jak stwierdza – jeśli zobaczymy tysiące neuronów to nic nam to jeszcze nie powie.

Zagadkowy mechanizm

Komputerowa analiza pomaga zmniejszyć i uprościć takie zdjęcie, ale celem jest, by odkryć mechanizm.
Larry Abbott zastanawia się, w jaki sposób dane ustawienie neuronów sprawia, że zeskakujemy z kanapy i wybiegamy za drzwi, a inne determinuje to, że człowiek po prostu siedzi i nic nie robi.
“Być może uruchomienie wszystkich neuronów powoduje akcję” – mówi. Lub – dodaje, może wpływ ma na to liczba neuronów.
Narzędziami jego pracy są komputery i równania, ale korzysta też ze wszystkich eksperymentalnych prac dotyczących ludzi i zwierząt.
Ostatnio współpracował z Nate Sawtell z Uniwersytetu Columbia i studentką Ann Kennedy. Obecnie ubiega się o tytuł doktora habilitowanego. Pracę poświęcił rybom elektrycznym.
Generują one słabe pole elektryczne, które pomaga im zlokalizować owady i inne “ofiary”.
Przez lata naukowcy, zwłaszcza w Curtis Bell na Uniwersytecie Zdrowia i Nauki w stanie Oregon, prowadzili eksperymenty, by zrozumieć w jaki sposób działają ich mózgi i narządy elektryczne.
Abbott wraz z Kennedy i Sawtell dokonał ważnego odkrycia w tej dziedzinie. Zauważył, że ta ryba ma dwa systemy wykrywania. Jeden jest bierny i odbiera pola elektryczne innych ryb i drapieżników. Drugi jest aktywny – wysyła impuls, który jest sposobem komunikacji. Wiedzieli, że ryba może zrezygnować z impulsu energii elektrycznej, tworząc coś w rodzaju “negatywnego wizerunku”.

Zaskakująca grupa neuronów

Oni szczegółowo przeanalizowali mózg ryby elektrycznej – posługując się różnymi badaniami i modelami matematycznymi – i odkryli zaskakującą grupę neuronów. Wysyłały one z opóźnieniem kopię polecenia, które inna część mózgu wysłała wcześniej do organu elektrycznego.
Opóźniony sygnał szedł prosto do biernego systemu wykrywania, by anulować informację z impulsem elektrycznym.
Abbot wyjaśnia, że to pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób ryba tworzy rozróżnienie między sobą a światem. To dopiero początek pracy nad tym, w jaki sposób mózg analizuje ogromną ilość danych pochodzących ze świata zewnętrznego i jak nadaje im sens.
Chodzi o część mózgu, która buduje obraz świata z fotonów i elektronów, światła i ciemności, cząsteczek i ruchu, i łączy go z tym, co ryby lub człowiek, pamięta, potrzebuje i chce.
“Przyjrzeliśmy się układowi nerwowemu z obu stron” – mówi Abbott i wyjaśnia, że chodzi o wrażenia, które płyną do mózgu i działania, które są w tym organie inicjowane.
“Tam gdzieś, w środku, mieści się inteligencja, To tam podejmowane jest działania” – dodaje.
W mózgu, w jakiś sposób, zapisywane są wspomnienia, pragnienie głodu, łaknienie i dodawane są one do informacji na temat świata. Działania są efektem tego procesu. Tak jest także w przypadku zwierząt, nie tylko ludzi. Na tym polega myślenie, na najbardziej podstawowym poziomie.
“Mamy narzędzia, by ten proces obserwować” – zapewnia. “Ale czy mamy inteligencję, by to zrozumieć? Uważam, że przynajmniej po części, problem leży w teorii” – mówi Larry Abbott.

James Gorman / The New York Times

http://www.nataliehanson.com/2014/02/03/left-brain-right-brain/

Related News

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

COPYRIGHT 2014 ZYCIE PUBLISHING SERVICES. ALL RIGHTS RESERVED.