70 lat tradycji. Inspirujemy Prowokujemy Dyskutujemy

fot. Michał Łepecki/archiwum NCN

Półtora kilo galaretki

Ten sam mózg potrafi tworzyć kulturę, ale też podsuwać kolejne pomysły panowania nad światem i eksploatowania zasobów kuli ziemskiej. Nieprzypadkowo zaczyna się mówić, że nasz gatunek stworzył nową erę – antropocen. I nie jest to komplement.

Anna Mateja: „Inaczej mózg nie zapamięta” – tłumaczy Grzegorz Galasiński, opowiadając o żmudnych, wykonywanych codziennie ćwiczeniach mięśni przeszczepionej twarzy. Transplantacja, przeprowadzona jako jedna z pierwszych na świecie w 2013 r. przez zespół chirurgów z Centrum Onkologii w Gliwicach, uratowała mu życie. Ale od tamtej pory uczy się mrużenia powiekami, przymykania ust, wyrażania emocji przez mimikę i szeregu innych czynności. W jaki sposób mózg potrafi się nauczyć zawiadywania obcym ciałem – przeszczepioną masą mięśni i chrząstek?

Marcin Szwed: Dokładnie tak samo jak czynności dużo mniej skomplikowanych, kiedy jemy nożem i widelcem, wykonujemy manewry kierownicą samochodu albo korzystamy ze smartfonu. Metoda jest jedna: powtarzanie, powtarzanie, powtarzanie… I dostatecznie silna motywacja, która nie pozwoli zrezygnować z treningów. W pewnym momencie wytworzą się połączenia nerwowe, dzięki czemu określone rejony mózgu przestawią się na wykonywanie nowej czynności. Ta metoda działa zarówno wtedy, gdy, praktykując jogę, uczymy mięśnie nowej dla nich pracy, jak podczas nauki języka obcego. A także gdy prowadzimy terapię osób po afazji, rehabilitację dzieci z porażeniem mózgowym albo zmieniamy nawyki dysgrafików czy dyslektyków.

Możliwości plastyczne ludzkiego mózgu są ograniczone, ale jest w tym sens. Jego działanie opiera się bowiem na równowadze między pamięcią i związaną z tym stałością a możliwością ciągłego uczenia się nowych umiejętności. Gdyby mózg był zupełnie plastyczny, pacjent opanowałby czynności przeszczepionej twarzy w kilka godzin, ale wystarczyłoby, żeby zasnął, a po wybudzeniu nie pamiętałby nic z wyuczonej pracy mięśni. Nasze życie z takim mózgiem stałoby się niebezpiecznym chaosem. Nie lepiej byłoby wówczas, gdyby funkcjonował on – niczym u pszczoły czy muszki owocowej – wedle reguł, które poddają się zmianom bardzo opornie.

Badania, które Pan przeprowadził wraz z zespołem z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie pozwoliły udowodnić, że u osób widzących i niewidomych od urodzenia, które posługują się alfabetem Braille’a, ten sam obszar mózgu łączy litery w słowa, umożliwiając czytanie.

Co kluczowe – ten obszar u obu grup jest położony we wzrokowej części kory mózgowej.

Jak to wyjaśniliście?

Część wzrokowa kory mózgowej nauczyła się czytać brajlem, mimo że, przynajmniej w założeniu, powinna to była wziąć na siebie jej część dotykowa. Eksperyment pokazał nam, że mózg jest bardziej plastyczny, niż to naukowcy wcześniej zakładali. Do kanonu wiedzy o mózgu należy bowiem podział na obszary przydzielone poszczególnym zmysłom: wzroku, słuchu, dotyku, smaku, powonienia. I jest on w zasadzie trafny, tyle że dzisiaj o mechanizmach działania poszczególnych obszarów kory mózgowej możemy powiedzieć nieporównanie więcej, niż kiedy ten podział zaproponowano. Co się zmienia na poziomie obszarów mózgu, skoro potrafimy nabywać nowe umiejętności, używając niestandardowych zmysłów? Bo tak dzieje się, gdy osoby widzące zaczynają czytać dotykiem, a osoby głuche uczą się wyczuwania rytmu przez wzrok (to druga część naszych badań), mimo że jedynym zmysłem, który pozwala go odbierać, wydaje się słuch.

Nasze badania pokazują, że nie ma znaczenia, czy podczas czytania uruchamiamy wzrok czy dotyk. I tak bodźce trafiają do wzrokowej części kory mózgowej – dużego i wyspecjalizowanego obszaru w naszym mózgu, który najlepiej radzi sobie z łączeniem wielu drobnych bodźców składających się na proces czytania. Podobną zależność zaobserwowaliśmy w serii badań nad postrzeganiem rytmu przez osoby głuche. System mrugających świateł (w taki sposób m.in. sygnalizowaliśmy im rytm) uruchamia dokładnie ten sam rejon kory słuchowej, który uaktywnia się pod wpływem dźwięków u osób słyszących.

Obszary kory mózgowej, odpowiedzialne za wzrok czy słuch, potrafią się przestawić na odbiór informacji z innych zmysłów.

Idea sprawdzenia, czy można wyczuć rytm wzrokiem, wydaje się tak dziwna, że trudno nie zapytać, jak wpada się na tego rodzaju pomysły.

Przez przypadek. Byłem na stażu podoktorskim w Instytucie Mózgu i Rdzenia Kręgowego Szpitala Salpêtrière w Paryżu, gdzie zajmowałem się mechanizmami „normalnego” czytania. Przez wspólnych znajomych poznałem prof. Amira Amediego z Uniwersytetu Hebrajskiego, który posiadał dane na temat czytania dotykowego niewidomych. Tyle że nie poddał ich żadnej analizie. Kiedy poznaliśmy się bliżej, usiedliśmy nad tym materiałem i wyszło nam, że – jak była o tym mowa wyżej – u osób niewidomych za czytanie dotykowe, o dziwo, odpowiada kora wzrokowa. Nie mogliśmy jednak generalizować tych ustaleń na ogół ludzkiej populacji, bo mózg osób niewidomych jest inny od osób widzących. Wbrew temu, co można by sądzić, kora wzrokowa nie leży u nich odłogiem, ale się przekwalifikowuje, wspierając np. pamięć (dlatego niewidomi często mają dobrą pamięć językową).

Kiedyś użył Pan wyrażenia: „Jest zapędzana do roboty”.

Nie może być inaczej, bo mózg, choć stanowi średnio 2% masy ciała człowieka, pochłania 20% wytwarzanej przez nie energii. Kora mózgowa jest więc bardzo kosztowna!

Sprawdzenie hipotezy było możliwe tylko pod warunkiem przeprowadzenia badań na odpowiednio licznej grupie osób widzących, które czytały brajlem. Wtedy wydawało mi się, że to nic trudnego – po prostu zaproszę do badania nauczycieli i opiekunów ze szkół dla niewidomych. Tymczasem… „Jak to? Nauczyciele czytają brajlem wyłącznie wzrokowo. Poza tym brajl jest nie do opanowania przez osoby widzące”. Badania uratowały dwie osoby: dr Małgorzata Paplińska z Akademii Pedagogiki Specjalnej w Warszawie i Ewa Sumera, nauczycielka ze Specjalnego Ośrodka Szkolno-Wychowawczego dla Dzieci Niewidomych i Słabowidzących w Krakowie. Opracowały autorski program nauki alfabetu Braille’a dla dorosłych osób widzą cych, który rozpoczynał się od ćwiczeń dotykowo-ruchowych. Potem dopiero pojawiały się litery i kolejne składowe języka.

Małgorzata i Ewa nie zapraszały do nauki brajla ciekawskich entuzjastów, ale osoby zmotywowane: studentów pedagogiki specjalnej, nauczycieli ze szkół dla niewidomych, rodziny takich osób. I to też zaprocentowało, bo naukę zakończyło aż 29 osób z 34, które ją rozpoczęły. Dzisiaj mamy już grupę blisko 60 osób widzących, które czytają brajlem. Wracamy do nich z kolejnymi pomysłami badawczymi, m.in. planujemy nauczyć ich czytania liczb i wykonywania prostych operacji matematycznych. Zastanawiamy się, czy reprezentacja liczby, którą mamy w głowie, jest stricte wzrokowa, czy ma także wymiar abstrakcyjny? Co się stanie, gdy do kory mózgowej zaczną docierać informacje z równoległego systemu przetwarzania wartości liczbowych ? Jak to wpłynie na umiejętność wykonywania operacji rachunkowych? Jest o co pytać.

Jak zadać w nauce pytanie właściwe – takie, które nie jest ani banalne, ani za trudne i jeszcze pojawia się w odpowiednim momencie, pozwalając dowiedzieć się czegoś nowego?

Nie podam recepty, z każdym jest inaczej. W 2010 r. brazylijska uczona Suzana Herculano-Houzel zaproponowała tzw. frakcjonację izotropową dla precyzyjnego ustalenia liczby komórek nerwowych i glejowych w mózgu. Wpadła na pomysł, żeby zamiast mozolnie liczyć komórki pod mikroskopem, po prostu zmiksować mózg, a potem przepuścić przez prosty cyklometr. Taki, który jest używany w każdym laboratorium medycznym w badaniu krwi dla ustalenia liczby krwinek. Za sprawą tej prostej metody Herculano-Houzel wykazała, że mózg człowieka ma 86 mld wspomnianych komórek, a nie 100 mld, jak powszechnie twierdzono. Obaliła też przy okazji parę innych „komunałów”. Okazało się np., że Homo sapiens wcale nie ma tych komórek najwięcej (słoń ma 257 mld komórek nerwowych i glejowych). Wyróżnia nas jednak liczba neuronów w samej korze mózgowej – tych istotnie mamy najwięcej. Parę osób zachęcało ją do tych badań, ale środowisko generalnie uważało, że to strata czasu. Zapał i chęć postawienia na swoim sprawiły, że nie zaniechała badań.

Moja historia dochodzenia do najciekawszych pytań raczej nie układa się w spójną opowieść, a zjawisko plastyczności mózgu pojawiło się dopiero na pewnym etapie mojej drogi naukowej. To nie jest tak, że jako dziecko zajmowałem się fizjologią dotyku, bo np. mój dziadek czytał brajlem…

Obaj dziadkowie byli chemikami. Ich dyplomy wiszą na ścianie Pana pracowni, rozdzielone Pana dyplomem doktorskim z Instytutu Weizmanna w Izraelu. 

Jeden z nich, Jerzy Kudliński, pracował przy recepturze majonezu kieleckiego.

Przy wyborze własnej drogi naukowej kierowałem się jednak wskazówkami jednego z moich nauczycieli z Instytutu Weizmanna, prof. Rafaela Malacha. Radził, by zajmować się tym, co człowieka pasjonuje. I to się sprawdziło – badania nad plastycznością mózgu od początku bardzo mi się podobały, świetny był też ich odbiór. Gdy starałem się we Francji o stałą posadę, niemal na każdej rozmowie rekrutacyjnej zachęcano mnie, żebym opowiedział więcej o „badaniach nad brajlem, bo są fascynujące”. Druga rada Rafiego Malacha brzmiała: pracować z fajnymi ludźmi, aktywnie ich szukać. I miałem szczęście na takich trafiać. To promotor mojego doktoratu prof. Ehud Ahissar i środowisko Instytutu Weizmanna. A także: prof. Stanislas Dehaene z Collège de France i prof. Laurent Cohen, neurolog z Instytutu Mózgu i Rdzenia Kręgowego Szpitala Salpêtrière w Paryżu. Obaj uczyli mnie naukowego rzemiosła podczas stażu podoktorskiego. Bo nauka jest jak rzemiosło – jak umiejętność skrojenia niebanalnej sukienki. I podobnie jak przy tej pracy ważne jest wyczucie – rodzaj orientacji w wybranej dziedzinie, który pozwala zauważyć to, o co nikt nie pyta. Co przyjmuje się np. za pewnik albo kwestię trudną do zbadania.

W grantowym systemie uprawiania nauki kładzie się silny nacisk na jasno stawiane hipotezy, które muszą się pojawić właściwie w momencie składania wniosku o dofinansowanie. Mimo to trzeba zachować w sobie otwartość na możliwości, jakie przynosi życie, choćby takie jak ta, która przydarzyła się mnie w postaci spotkania prof. Amira Amediego. Przecież zajmuję się dzisiaj brajlem dzięki niezobowiązującej rozmowie, podczas której wspomniał o pewnych starych danych na dysku swojego komputera…

Po tej rozmowie rozpoczął Pan badania zasadniczo odmienne od tego, czym zajmował się wcześniej. Nie był Pan nawet psychologiem, tylko neurobiologiem. Od czego się rozpoczyna „nowe otwarcie”?

Od nauki – musiałem się nauczyć tego wszystkiego, co wiedzieli po studiach absolwenci psychologii. Mój doktorat dotyczył co prawda fizjologii dotyku, ale już podczas stażu podoktorskiego konieczne było przestawienie się na inne metody badawcze. Nauczyłem się np. liczyć dane uzyskiwane podczas obrazowania metodą rezonansu magnetycznego czy pracy z ludźmi. A potem pojawiły się badania nad brajlem i pomysł, by zająć się jeszcze czymś innym. Zresztą może właśnie dlatego że nie byłem ukierunkowany wcześniejszą edukacją akademicką ani badaniami, wymyśliłem temat, o którym w innej sytuacji mógłbym pomyśleć: „Tego nie da się zrobić”.

potem uzyskuje się wyniki, które zmieniają treść podręczników.

Nie podręczniki, lecz jedną rycinę. I jeszcze jej nie zmieniliśmy. Przyjaciele śmieją się, że będę miał ją wyrytą na nagrobku

Ludzki mózg to 1,5-kilogramowa galaretka z białka, wody i tłuszczu, która generuje prąd. Za jej sprawą mamy psychikę, stworzyliśmy kulturę, odczuwamy emocje. Czemu zawdzięczamy duży mózg?

Serii szczęśliwych zbiegów okoliczności. Jednym z nich było powstanie na drodze ewolucji bardziej ekonomicznego sposobu upakowania neuronów w mózgu, który posiadają już nieduże ssaki naczelne, np. małpiatki czy lemury. Mózg zaczął się powiększać, kiedy praprzodkowie człowieka wyszli na sawannę, następnie stanęli na dwóch nogach. Wyprostowana postawa obciąża kręgosłup, ale za to usprawnia zbieractwo. Potem rozpalili pierwsze ognisko i nauczyli się przyrządzać na nim pożywienie, co w dalszym biegu ewolucji pozwoliło zmniejszyć m.in. zęby i jelita – chłonne energetycznie części ciała. Gotowanie pozwoliło więc rozstrzygnąć dylemat: zęby czy mózg, a zaoszczędzona nadwyżka energetyczna, uzyskiwana dzięki pożywieniu łatwiejszemu w przyswojeniu, sprzyjała rozwojowi centralnego układu nerwowego.

Powstało sprzężenie zwrotne, które też pracowało na rzecz większego mózgu: rosnąc, napędzał zapotrzebowanie na kalorie, a te sprzyjały jego rozwojowi.

Rzecz jasna, to są tylko spekulacje. Ciekawe co prawda, ale niewykluczające sceptycyzmu, bo jak mówi prof. Frans de Waal, słynny prymatolog, zachowanie nie zostawia skamielin.

Jakie spekulacje towarzyszą wiedzy o mózgu? Nie mam na myśli obiegowego mniemania, że wykorzystujemy maksimum 10% tego narządu…

Prof. Małgorzata Kossut, neurobiolog z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego w Warszawie, odpowiedziała kiedyś pytającemu o to dziennikarzowi, że może on wykorzystuje tylko tyle, ale ona całe 100%.

I fizjologicznie nie może być inaczej. Niemniej wiedza o mózgu okazuje się przydatna, jeśli tylko pojawia się polityczne zapotrzebowanie na dyskryminację.

Odwoływanie się w takich sytuacjach do racji naukowych jest po prostu nadużyciem.

Nauka nie dostarczy argumentów na rzecz różnic między rasami ludzkimi czy upośledzenia jakiejkolwiek grupy społecznej. A jeśli ktoś uważa inaczej, robi to z naiwności, złej woli albo chęci zrobienia kariery.

Nie brakuje jednak psychologów ewolucyjnych czy antropologów, którzy angażują się w wykazywanie istnienia różnic między mózgami chłopców i dziewcząt, na co powołują się np. instytucje prowadzące szkoły jednopłciowe. Nie ma innego wyjścia, jak takie tezy punktować i tłumaczyć, że przede wszystkim jesteśmy ludźmi, a płeć i gender są przecenione. Mówię to, mając świadomość, że niemal każda ludzka cecha czy zachowanie znajduje odbicie w mózgu. Nawet to, po co sięgamy, robiąc zakupy, da się uzasadnić na poziomie badania mózgu. Przeżywamy dzisiaj eksplozję badań nad tym narządem, co nie znaczy, że wszystkie trzeba koniecznie przeprowadzać. Warto się skupić tylko na tym, co jest ciekawe i przydaje nauce o mózgu nowych, ale sprawdzonych informacji. Na pewno nie są nimi teorie usiłujące zrobić z nauki lustro, w którym odbijają się nasze pragnienia albo zapotrzebowania polityczne czy kulturowe.

Nadużyciom sprzyja przekonanie, że to właśnie mózg jest źródłem człowieczeństwa.

Niewątpliwie liczba neuronów w korze mózgowej decyduje o gatunkowej specyfice Homo sapiens. Niemniej ten sam mózg potrafi tworzyć kulturę, ale też podsuwać kolejne pomysły panowania nad światem i eksploatowania zasobów kuli ziemskiej. Nieprzypadkowo zaczyna się mówić, że nasz gatunek stworzył nową erę – antropocen. I nie jest to komplement. Ta nazwa przypieczętowuje głębokość zmian, jakie wprowadziliśmy w świecie, korzystając z możliwości danych nam przez mózg. Naprawdę wyjątkowy.

W takim razie on również być może ocali nas przed nami samymi. Z jakimi pomysłami chciałby się Pan zmierzyć, gdyby pozwolił na to czas i znalazły się fundusze?

Negatywna plastyczność, czyli niepożądane zmiany w mózgu – to mnie intryguje od jakiegoś czasu. Pojawiła się seria badań pokazujących, że u dzieci, które dorastają w zanieczyszczonym powietrzu czy po prostu w smogu, częściej pojawia się problem ze skupieniem uwagi. Są też bardziej podatne na pojawienie się autyzmu i ADHD. A że mieszkam w Krakowie i jestem zanurzony w tym, co się dzieje dookoła, trudno, żeby nie zajęła mnie możliwość przebadania takiej korelacji. To, rzecz jasna, wymaga ogromnej liczby eksperymentów, bo musimy przebadać kilkaset dzieci. Na razie jestem na etapie pozyskiwania fachowców: epidemiologa środowiskowego, który zna użyteczne w takich pomiarach metody obliczeniowe; psychologa zajmującego się ADHD.

Pierwsze badania na temat wpływu smogu na mózg, przeprowadzone w Nowym Jorku i w Barcelonie, już się pojawiły. Tyle że polski smog, w którym np. stężenie benzoapirenu potrafi być dziesięciokrotnie wyższe niż w stolicy Katalonii, pozwala temat zgłębić wszechstronniej. Zdaję sobie sprawę, że brzmi to upiornie, bo złe powietrze w Polsce najzwyczajniej nas zabija, ale jako naukowiec wiem, że to szansa na przeprowadzenie ciekawych badań. Tym bardziej że nie brakuje u nas ludzi, którzy potrafią się tym zająć, np. specjalistów od rezonansu magnetycznego.

Spędził Pan 11 lat poza Polską: pięć we Francji, sześć w Izraelu. Jak wyglądało uprawianie nauki w Polsce w 1999 r., kiedy ukończył Pan biologię na Uniwersytecie Jagiellońskim ?

Po dyplomie przechodziłem kryzys. Zniechęcony mocno zhierarchizowaną strukturą, jaka trwała od lat w polskiej nauce, trudnościami w zdobyciu środków na badania…

Młodszym przypomnę, że nie istniało np. Narodowe Centrum Nauki, a Fundacja na rzecz Nauki Polskiej miała dużo mniejszy budżet niż obecnie.

Widziałem, że tylko nielicznym młodym badaczom udało się zająć tym, co ich interesowało. Rozstałem się więc z myślą o pisaniu doktoratu. Trochę podróżowałem, pracowałem jako dziennikarz naukowy. Zmieniłem zdanie, kiedy doszedłem do wniosku, że przecież nie muszę uprawiać nauki w Polsce. Przesłałem dokumenty na studia doktoranckie do kilku amerykańskich uczelni, ale mnie nie przyjęto. Do Instytutu Weizmanna aplikowałem natomiast z powodzeniem i w 2000 r. wyjechałem do Izraela. Tego samego roku załamały się negocjacje izraelsko-palestyńskie w sprawie pokoju w tym rejonie świata i rozpoczęła się druga intifada. Planów jednak nie zmieniłem. Wiedziałem już, jak prężnym intelektualnie miejscem jest instytut i nawet działania wojenne nie mogły mnie wygnać z tego kraju.

W Izraelu zobaczyłem, że w nauce jest możliwy egalitaryzm, a czołobitność młodszych naukowców wobec starszych – którą sam nasiąknąłem – budzi jedynie zażenowanie. Oczywiste było zadawanie pytań, dzięki czemu przekonałem się, że nawet studenci pierwszych lat potrafią być bardzo wymagający. Przede wszystkim Instytut Weizmanna działał jak gigantyczny inkubator wyników naukowych. Przeprowadzano wiele ciekawych badań, powstawało mnóstwo publikacji. Inspirujące bywały nawet przerwy na kawę, którą wypijało się z ludźmi zajmującymi się z reguły odmiennymi tematami. W Izraelu nauka mi zasmakowała, po prostu. Nabrałem pewności, że może być moją pracą.

Co jest dla Pana w nauce najważniejsze?

To, że dotyka tzw. realnej rzeczywistości. Możemy sobie opowiadać różne historie i przerzucać się rozmaitymi hipotezami, ale jedynie metoda naukowa pozwala dotrzeć do istoty zjawisk. Nawet jeśli nie zapewnia poznania doskonałego ani wiedzy zawsze prawdziwej.

Marcin Szwed 

Dr hab., wykładowca w Instytucie Psychologii UJ w Krakowie, gdzie pracuje od 2011 r. Autor kilkudziesięciu artykułów naukowych, kierownik zespołu badawczego (www.szwedlab.psychologia.uj.edu.pl)

 


 
 

Zapisz się
do newslettera
a otrzymasz:

● 35% rabatu na dowolny numer miesięcznika
● informacja o promocjach, wydarzenich i spotkaniach autorskich

email marketing zapewnia MailPlanner

Newsletter