M10D 215,072 MHz Zadzwoń do studia 41 200 20 20 
Wszyscy znamy przygody pana Hilarego w poszukiwaniu okularów. Gdzie się one podziały, gdzie je zostawiłem? Wielu z nas zastanawia się jak to się dzieje, że coś pamiętamy, a czegoś nie. Jak to się dzieje, że jedne rzeczy zapamiętujemy z wielką łatwością a inne wprost przeciwnie. Choćbyśmy nie wiem jak się starali, to nic z tego – biała plama i koniec.
Dziś nikogo nie dziwi fakt, że pamięć wiąże się z czynnością mózgu, ale fakt ten nauce i filozofii nie zawsze był znany. Wszak to serce przez tysiąclecia uważane było za miejsce, które – wiemy to dzisiaj – zajmuje mózg. Starożytni Egipcjanie wyciągali mózg przez nos w trakcie mumifikacji i nie bardzo wiedzieli czym jest, a jedynym organem, który pozostawiali w ciele zmarłego było serce. Dopiero w drugiej połowie XIX wieku rozpoczęła się era badań mózgu i związana z nimi fala ekscytujących odkryć.
CO NIECO O MÓZGU
Najpierw garść faktów. Od początku naszego istnienia jako gatunku (przy czym mam na myśli również wczesne formy przed ostatecznym pojawieniem się Homo sapiens), nasz mózg powiększył sią około pięciokrotnie. Buduje go obecnie około 100 miliardów neuronów (komórek glejowych jest 10 razy więcej), a w samej tylko korze mózgu jest ich 14 miliardów. Każda z komórek nerwowych ma wiele wypustek (zwanych aksonami i dendrytami), którymi łączy się z innymi komórkami nerwowymi, często znacznie od siebie oddalonymi. Tych wypustek pojedyncza komórka może mieć… tysiące. Biorąc pod uwagę ilość komórek w mózgu i ilość wypustek nerwowych poszczególnych komórek liczba możliwych połączeń jest wprost astronomiczna. Tyle sprzętu trzeba upakować w puszce zwanej czaszką – nic dziwnego, że powierzchnia naszego mózgu jest tak bardzo pofałdowana. Ktoś kiedyś policzył, że gdyby wygładzić wszystkie fałdowania kory mózgowej to mogłyby one mieć powierzchnię 2,5 tysiąca centymetrów kwadratowych. Mózg jest też organem o ogromnym zapotrzebowaniu energetycznym – pochłania 20 procent całej wytwarzanej przez nas energii, a stanowi przecież tylko 2 procent ciężaru naszego ciała. Ale dość tych wyliczanek.
Fot. Getty Images
PAMIĘĆ, CO Z NIĄ?
Tak naprawdę posiadamy wiele różnych rodzajów pamięci, które wzajemnie się przenikają i uzupełniają, mają również różną trwałość. Klasycznie możemy wyróżnić pamięć krótkotrwałą i długotrwałą. W skład tej drugiej wchodzą pamięć deklaratywna i proceduralna te zaś dzielą się jeszcze na wiele różnych bardziej szczegółowych bloków, wśród których jest chociażby pamięć operacyjna, która odpowiada za świadomie wykonywane wyuczone czynności.
Jasne jest, że niezależnie od nazewnictwa wszystkie te rodzaje pamięci muszą być gdzieś zapisywane. Początkowo wydawało się, że można przypisać określonej pamięci określony obszar w mózgu, ale z czasem okazało się, że pamięć jest tak naprawdę związana z całą strukturą mózgu i tworzy niezwykle skomplikowaną sieć neuronalną. Są w tej sieci jednak miejsca kluczowe, pełniące nadrzędną rolę.
Do naszego centralnego układu nerwowego trafiają jednocześnie tysiące różnych bodźców, które przetwarzane są w kaskadach reakcji elektrochemicznych. Aktywują one wiele różnych, czasem bardzo odległych, obszarów mózgu. Jednym z kluczowych elementów biorących udział w przetwarzaniu tych informacji jest hipokamp. Stanowi on jedną z najważniejszych części układu limbicznego (nazwy są często zniechęcające, ale nic nie mogę na to poradzić). Układ limbiczny z kolei odpowiada za regulację naszych stanów emocjonalnych i jest nie tylko strukturą anatomiczną, ale przede wszystkim funkcjonalną, rozproszoną w szeregu różnych struktur mózgu.
Pamięć w naszym mózgu, tak naprawdę, rozproszona jest w całej jego złożonej sieci, ale hipokamp jest tym tworem, który najpierw zbiera wszystkie informacje w pamięć krótkotrwałą, a następnie kieruje różne informacje w różne rejony naszego mózgu gdzie przekształcają się w pamięć trwałą.
Nie ma być to wykład z neurologii więc w dużym uproszczeniu można powiedzieć, że informacje przekazywane przez hipokamp do kory mózgowej, zwanej przedczołową, są pamięcią krótkotrwałą, zaś te trafiające do płatów skroniowych, są pamięcią trwałą.
ZAGUBIONA PAMIĘĆ (NA SZCZĘŚCIE!)
Znaczna część przekazywanych informacji jest „gubiona”. Jest to naturalny mechanizm, bo po pierwsze pojemność naszej pamięci jest ogromna, ale nie nieskończona, a po drugie: czy na pewno chcielibyście pamiętać wywody tej czy innej kochanej skąd inąd cioci na imieninach u wujka Janka 15 lat temu?
Ale na poważnie: proces zapamiętywania jest procesem związanym z licznymi przemianami elektrochemicznymi i strukturalnymi w zakresie neuronów oraz ich licznych połączeń. Właśnie te liczne połączenia, które powstają i zanikają pomiędzy różnymi komórkami, są odpowiedzialne za powstawanie pamięci.
Tworzą się wyrafinowane pętle, po których krążą impulsy elektrochemiczne odpowiadające za zapis pamięci (pomijam tu fakt syntezy w ciałach neuronów specyficznych białek, które wzmacniają te pętle). Poprzez włókna nerwowe informacja biegnie jako impuls elektryczny, ale na połączeniu włókien (synapsach), wydzielane są różne substancje chemiczne przenoszące daną informacje – neurotransmitery.
Jak wcześniej wspomniałem hipokamp jest częścią struktury zwanej układem limbicznym, odpowiedzialnym nie tylko za pamięć, ale także za stany emocjonalne. Dlatego też te wspomnienia, które kojarzą nam się z miłymi przeżyciami, zapamiętujemy szybko. Także te wyjątkowo traumatyczne odciskają piętno na naszej pamięci. Pozostałe są zależne od tego jak często z nich korzystamy – im mniej, tym szybciej ulatują z naszej pamięci. Ciągła stymulacja określonych wytworzonych wcześniej „szlaków pamięciowych” ułatwia zapamiętywanie – dlatego często powtarzamy coś sobie intensywnie żeby to zapamiętać. Co ciekawe ta stymulacja poprawia również funkcję neuronów biorących w nich udział. Mózg człowieka stanowi gigantyczną sieć połączonych ze sobą neuronów. Wypadkową tych połączeń jest ostatecznie sposób działania mózgu czyli tak naprawdę wszystko to czym jesteśmy: nasze zachowania, interakcje z innymi ludźmi, funkcjonowanie w społeczeństwie i wreszcie pamięć.
ALE MY TU GADU GADU, A CO Z TYM WOZEM POSEJDONA?
Otóż w mitologii wóz Posejdona był ciągnięty przez konia zwanego… Hipokampem.
Podobnie jak Posejdon nie był w stanie poruszać się swoim wozem bez Hipokampa, podobnie ludzka pamięć nie może działać bez hipokampa – jest on bowiem centralnym organem w mózgu kierującym procesami związanymi zarówno z pamięcią krótko- jak i długotrwałą. To przez niego w pierwszej kolejności przechodzą impulsy, które następnie w różnych obszarach mózgu tworzą struktury budujące naszą pamięć
Fot. Shutterstock
KONEKTOM I SZTUCZNA INTELIGENCJA
Od 2009 roku istnieje program National Institutes of Health o nazwie Human Connectome Project (HCP), którego celem jest poznanie wszystkich możliwych połączeń w naszym mózgu. Konektom jest obrazem struktury naszych połączeń w sensie anatomicznym, ale również czynnościowym, w dodatku może się zmieniać wraz z naszym rozwojem, doświadczeniami, a nawet urazami w obrębie mózgu.
Na poziomie czysto anatomicznym, znamy połączenia w mózgu, jednak staramy się sięgnąć po taką dokładność (czy też należałoby powiedzieć – rozdzielczość) badania ich struktury, która pozwoli na określanie powiązań pojedynczych neuronów nie tylko jako fizyczne połączenie, ale jako strukturę funkcjonalną, zmieniającą się w zależności od aktualnych potrzeb przetwarzania konkretnych danych przez nasz mózg.
Kiedy zakończy się badanie konektomu – to tak naprawdę trudno powiedzieć. Każdy człowiek ma inną jego budowę (podobnie jak mamy różne linie papilarne), bo za ich funkcjonalną budową stoi indywidualne doświadczenie, jakie zdobywamy przez całe życie.
Projekt ten umożliwi wyciąganie wniosków o jego czynności zarówno w warunkach patologii jak i fizjologii. Na pewno tak potężne bazy danych będą musiały być analizowane z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji, gdyż ilość danych uzyskiwana w trakcie tych badań jest ogromna.
Jego poznanie przyczyni się w niebywały sposób do ujawnienia tajemnic funkcjonowania tego fascynującego organu i pozwoli na zaimplantowanie wielu nowych i skuteczniejszych terapii w różnych schorzeniach mózgu, zarówno w zakresie zaburzeń psychicznych jak również powstałych w wyniku udarów, czy urazów centralnego układu nerwowego. Z pewnością też umożliwi wgląd w mechanizmy związane z pamięcią i być może umożliwi lepsze jej wspomaganie.
ZRESZTĄ TO JUŻ NIE SĄ TYLKO CZCZE OPOWIEŚCI
W wielu różnych chorobach m.in. chorobie Parkinsona, depresji, zaburzeniach lękowych, chorobie Alzheimera podejmowane są próby wszczepiania elektrod wprost w obszary mózgu które uległy uszkodzeniu. Technologia ta nazywana jest głęboką stymulacją mózgu (DBS, deep brain stimulation) Co więcej znaczna część tych prac badawczych prowadzona jest obecnie już nie tylko na zwierzętach, ale i na ludziach i daje bardzo pozytywne efekty we wszystkich wymienionych chorobach. Na przykład w chorobie Alzheimera wszczepienie specjalnej elektrody w wiązkę włókien zwaną sklepieniem (nazwy struktur mózgu są przyznaję czasem dziwne) dało nad wyraz dobre efekty w zahamowaniu rozwoju choroby, powiększeniu się struktur hipokampa a nawet w niektórych przypadkach poprawę przebiegu choroby i funkcjonowania pamięci. Stymulacja komórek nerwowych w ten sposób poprawia ich metabolizm a także prowadzi do powstawania nowych komórek nerwowych. Brzmi dziwnie, bo jeszcze do niedawna uważano, że u dorosłej osoby komórki nerwowe nie mogą się rozmnażać. Okazało się, że jednak mogą, a co więcej, proces ich powstawania jest nieodzowny dla prawidłowego funkcjonowania pamięci.
Fot. Pixabay
KOMPUTER BĘDZIE STEROWAŁ MÓZGIEM?
Rozwój nauki umożliwia nam coraz to głębsze zrozumienie zasady działania naszego mózgu, w coraz większym stopniu jesteśmy w stanie wpływać na jego działanie, już nie tylko poprzez leki ale również poprzez bezpośrednie wszczepianie elektrod do jego wnętrza i poprawę jego funkcjonowania. W licznych ośrodkach na świecie wprowadza się elektrody do kory ruchowej mózgu, umożliwiając w ten sposób komunikację ze światem zewnętrznym osób całkowicie sparaliżowanych, a nawet sterowanie robotycznymi rękami.
W świetle tych osiągnięć naukowych, naprawdę przestaje być mrzonką opowieść Elona Muska i jego firmy NeuraLink, o połączeniu człowieka z komputerem. W ostatniej swojej prezentacji Elon Musk pokazał małpy z wszczepionymi do mózgu elektrodami i transmisją bezprzewodową danych płynących do i z mózgu tych zwierząt. Za pomocą tego implantu małpa nauczyła się grać w prostą grę wideo…
Różnie można patrzeć na te technologie. Jedni powiedzą, że to straszne, inni, że wspaniałe. Nauka i technologia nie jest ani wspaniała ani straszna, ona po prostu jest. O tym czym się stanie, zdecydujemy my. Możemy dzięki niej zawędrować na manowce, ale równie dobrze możemy stać się szczęśliwą i szybko rozwijającą się cywilizacją, w co głęboko wierzę.
Ale, ale… Chciałem coś jeszcze napisać, tylko gdzie są te moje okulary…
Powyższy tekst jest artykułem popularnonaukowym i zawiera szereg uproszczeń i skrótów myślowych. Proszę zatem wszystkich czytających, by wzięli to pod uwagę, a jeśli kogoś on zainteresował i wzbudził ochotę do dalszych studiów, to zachęcam do sięgnięcia po literaturę fachową.
MARCIN PASIARSKI
Kierownik Kliniki Hematologii, Immunologii i Transplantacji Szpiku Świętokrzyskiego Centrum Onkologii w Kielcach, konsultant wojewódzki w dziedzinie hematologii oraz przewodniczący świętokrzyskiego oddziału Polskiego Towarzystwa Hematologów i Transfuzjologów. W kręgu jego zainteresowań znajdują się techniki związane z tworzeniem nowych rodzajów szczepionek, nowoczesne metody zwalczania chorób nowotworowych oparte o immunoterapię adoptywną oraz leczenie nowotworów z użyciem komórek CAR-T. Wykłada w Collegium Medicum Uniwersytetu Jana Kochanowskiego. Jest fanem Jean’a Michela Jarre’a. Fascynuje się także nowymi technologiami. Uwielbia podróże i jeśli tylko jest okazja bierze plecak i w rusza w drogę.
