Odhalenie fungovania mozgu je jedným zo základných problémov prírodnej vedy. Pochopenie funkcie takého zložitého systému, ktorý je dokonca schopný uvedomovať si sám seba, svoju vlastnú existenciu, je obrovskou záhadou a výzvou pre celú vedu. Výskum mozgu v posledných desaťročiach odhaľuje stále nové oblasti, ktoré vzbudzujú záujem vedeckých kruhov. Vďaka vede a intenzívnemu výskumu obrovské množstvo poznatkov a informácií pribudlo, na druhej strane v oblasti skúmania najdokonalejšieho orgánu existuje stále obrovské množstvo nezodpovedaných otázok. O mozgu sa TASR zhovárala s Igorom Riečanským z Laboratória kognitívnej neurovedy z Ústavu normálnej a patologickej fyziológie Slovenskej akadémie vied v Bratislave.
Čo o mozgu doteraz vieme a čo ešte predpokladáte, že sa o ňom nevie?
O tom, že o mozgu niečo vieme, svedčia množstvá tisícstranových učebníc, ktoré sumarizujú poznatky, na ktorých sa doteraz veda zjednotila. Výskum mozgu, samozrejme, na kvalitatívne odlišnej úrovni, prebieha už stáročia. Intenzita výskumu v posledných sto rokoch a najmä desaťročiach aj vďaka rozvoju modernej techniky rapídne narástla. Na otázku, čo o ňom ešte nevieme, je ťažké zodpovedať, ale je zrejmé, že toho nevieme ešte veľmi veľa. V oblasti skúmania mozgu platí možno viac ako inde sokratovské: "Viem, že nič neviem". Čím viac skúmame a čím viac ideme do hĺbky problematiky, tým sa nám otvára väčší okruh otázok, ktoré potrebujeme vyriešiť.
Koľko neurónov obsahuje mozog?
Kvantitatívne údaje o počte buniek v mozgu odhadujú anatómovia na základe skúmania jeho menších častí. Odhaduje sa, že počet nervových buniek v ľudskom mozgu, neurónov, je rádovo 1011, pričom neuróny medzi sebou tvoria až 1014 kontaktov. Ide o obrovské čísla, najmä ak si uvedomíme, do akej miery sú jednotlivé štruktúry, základné elementy – neuróny, teda nervové bunky, z ktorých je mozog tvorený - navzájom prepojené. Už z tohto pohľadu je jasné, že komplexita funkcie mozgu musí byť neuveriteľne veľká.
Ktoré faktory ovplyvňujú, že mozog funguje tak ako má?
Tým, že komplexita mozgu je veľká a zložitá, je veľa fyziologických a regulačných mechanizmov, ktoré sa do týchto dejov zapájajú. Pri jednotlivých ochoreniach môže prichádzať práve k poruchám jednotlivých mechanizmov, ktoré môžu byť rozličné. Iné patofyziologické deje budú pravdepodobne viesť k poruchám na nižších úrovniach, napr. poškodeniu senzorických a motorických funkcií a iné deje budú zasahovať do vyšších psychických funkcií. Komplexitou systému je dané aj to, na akej úrovni môže dôjsť k jeho poškodeniu. Touto oblasťou sa zaoberá patofyziológia, veda, ktorá odhaľuje mechanizmy ochorení.
Kedy sa začína vyvíjať mozog?
Vývoj sa začína vytvorením jednotlivých zárodočných vrstiev v skorom štádiu vývoja embrya. Z jednej zo zárodočných vrstiev sa neskôr vyvíja nervový systém. Vývoj mozgu je zložitý proces, v ktorom hrajú úlohu regulačné mechanizmy na rozličných úrovniach. V rozličných obdobiach je pod vplyvom rozličných látok a zložitých regulačných, geneticky riadených dejov.
Kedy sa jeho vývoj k smerom dospelému mozgu dokončuje?
Počas života je mozog schopný neustále sa meniť. Túto vlastnosť nazývame plasticita, čo je v súčasnosti dosť moderná téma. Plasticita mozgu umožňuje tvorbu nových nervových spojení, prestavbu mozgu, a tým pádom aj kompenzáciu strát a regeneráciu. Tieto zmeny prebiehajú neustále. Keď ale o vývoji mozgu hovoríme v užšom zmysle ako o ukončení dozrievania, vývoj prebieha až do skorej dospelosti. Určitý náhľad na to, ako dlho trvá, kým mozog dosiahne stabilnú dospelú úroveň funkcie, poskytujú aj psychické poruchy, ktoré sa často manifestujú v ranom dospelom veku. Uvažuje sa o tom, že na to, aby sa tieto poruchy prejavili, potrebuje mozog dosiahnuť určitú úroveň vyspelosti a zrelosti. Napríklad schizofrénia má maximum začiatku výskytu až po osemnástom roku života.
Dá sa dozrievanie mozgu v priebehu vývinu jedinca pozorovať aj na rozvoji určitých schopností človeka, resp. dieťaťa?
Vývoj mozgu sa dá vo vývoji dieťaťa pekne pozorovať s nástupom jednotlivých motorických a psychických funkcií. Na vývoji dieťaťa vidíme, v akom štádiu je a čoho je schopné, čo môžeme priradiť k zrelosti príslušných mozgových funkcií. Vývoj mozgu ľudského jedinca trvá v porovnaní s nižšími živočíchmi nesmierne dlho. Ľudské mláďa nie je ešte dlho po narodení schopné prežiť samo. Trvá zhruba rok, kým sa naučí chodiť a tri roky, kým si osvojí jazyk. Manifestujúca sa úroveň schopností a psychických funkcií svedčí o úrovni zrelosti mozgových štruktúr.
Ako sa kategorizujú mentálne schopnosti človeka?
Úrovní, na ktorých sa mozog človeka skúma, je viacero. Od nižších funkcií až po najvyššie. K najvyšším radíme poznávanie, myslenie, pamäť, pozornosť, reč, plánovanie, rozhodovanie. Tieto funkcie označujeme ako kognitívne. Sú u človeka vyvinuté dokonalejšie ako u nižších živočíchov a môžeme povedať, že nás vlastne robia ľuďmi. Z biologického hľadiska tieto funkcie umožňujú dokonalejšiu adaptáciu a interakciu organizmu s prostredím. To však neznamená, že ostatné, zjednodušene povedané nižšie funkcie, sú pre človeka menej dôležité. Kategorické rámce sú dôležité pre výskum, jednotlivé funkcie však nepracujú izolovane. Kategórie a koncepcie si vytvárame my sami, sú výsledkom a podstatou nášho procesu poznávania. Z hľadiska výskumu mozgu je dôležité si uvedomiť, že proces, ktorý definujeme na psychologickej úrovni, nemusí jednoznačne zodpovedať určitému, a za každých okolností vždy tomu istému nervovému procesu v mozgu.
Zohráva pri výskumoch úlohu aj individualita človeka?
Problém individuality je viacstranný. Na jednej strane individualita rovná sa subjektivita. Naše mentálne obsahy sú vlastné a prístupné iba nám a nikomu inému. Hovorí sa o tzv. probléme "quálií", kvalitatívnej stránke vnemov a psychických dejov z pohľadu subjektu. Nikdy napríklad nebudem vedieť, ako v skutočnosti vyzerá červená farba pre druhého človeka, či ju vidí rovnako "červenú" ako ja, či má pre neho rovnakú subjektívnu vnemovú kvalitu. Subjektivita mentálnych obsahov je jedným zo základných atribútov, ktorým sa nemôžeme vyhnúť. O zážitky, poznatky a pocity sa môžeme deliť, ale to, že sa o ne delíme a sme schopní to nejakým spôsobom komunikovať, nám umožňuje jazykový konsenzus. Môžeme sa preto domnievať, že v našom mozgu funguje určitý proces, na základe ktorého označíme všetci farbu určitej vlnovej dĺžky ako červenú. Keďže veríme, že všetky mentálne javy sú zapríčinené činnosťou mozgu, domnievame sa tiež, že existuje mozgový proces, na základe ktorého vidím ja červenú farbu práve tak červenú, teda v tej kvalite, ako ju vidím. Nemôžeme však očakávať, že keď tento nervový proces presne odhalíme a popíšeme, zistíme, ako subjektívne vníma kvalitu červenej farby iný človek. Podobné úvahy sú však už doménou filozofie mysle.
Čomu sa v rámci skúmania mozgu venuje ústav normálnej a patologickej fyziológie?
V neurovedách sa náš ústav uberá dvoma smermi: jednak v Laboratóriu regulácie motoriky výskumom riadenia postoja človeka a v Laboratóriu kognitívnej neurovedy výskumom vyšších funkcií mozgu človeka.
Ako by sme mohli definovať pojem kognitívna neuroveda?
Kognitívna neuroveda je vedecká oblasť, ktorá sa zaoberá tzv. vyššími funkciami mozgu ako je vnímanie, pozornosť, poznávanie, myslenie, pamäť, reč, plánovanie, rozhodovanie a podobne. Dáva si za cieľ preskúmať fyziologické mozgové mechanizmy, postihnúť mozgový substrát, ktorý je základom týchto funkcií. Je to multidisciplinárny odbor. Nové poznatky prichádzajú z rozličných strán, od skúmania funkcie mozgu zdravých osôb pri experimentoch zameraných na aktiváciu určitej funkcie, až po skúmanie funkcie mozgu ľudí s vybranými neurologickými a psychiatrickými poruchami, ktoré nám môžu veľa povedať o tom, ako je to vlastne s fungovaním mozgu.
Čomu konkrétne sa venujete na vašom pracovisku?
V našom laboratóriu sa dlhodobo venujeme problematike senzoricko-motorickej transformácie, t.j. procesom spracovania informácií zo senzorických vstupov a ich premien do motorických pokynov. Zaoberáme sa skúmaním očných pohybov, ktorých regulácia je mimoriadne presná a rýchla. Súvisiacimi oblasťami sú výskum mechanizmov priestorovej kognície a pozornosti. Rozvíjame tiež problematiku funkčnej asymetrie mozgových hemisfér a emočných procesov. Vyšetrujeme zdravých dobrovoľníkov aj osoby s vybranými neuropsychiatrickými poruchami, napr. anxióznymi stavmi alebo schizofréniou.
Aké metodiky používate pri výskume?
Základom našich výskumov je elektroencefalografia a metódy, ktoré sú na nej založené. Zaznamenávame elektrickú aktivitu mozgu z povrchu hlavy. Nervové deje prebiehajú veľmi rýchlo. Elektrofyziologické metódy majú vysokú časovú rozlišovaciu schopnosť, rádovo v milisekundách, a preto nám môžu veľa povedať o dynamike týchto dejov. Používame rozličné experimentálne prístupy a metódy hodnotenia signálu.
Mohli by ste vysvetliť, ako taký výskum prebieha?
Elektrickú aktivitu mozgu zaznamenávame zvyčajne v súvislosti s vykonávaním určitej, presne definovanej, mentálnej úlohy. V nameranom signále potom hľadáme parametre, ktoré súvisia s výkonom alebo subjektívnym vnemom jedinca. Ja sa už niekoľko rokov venujem výskumu priestorovej kognície. Robili sme napríklad sériu experimentov s mentálnou rotáciou, pri ktorej človek priestorovo manipuluje s predstavou nejakého objektu, zjednodušene povedané "otáča ho v mysli". Podobné úlohy sú súčasťou inteligenčných testov. Zistili sme, že na základe veľkosti mozgových potenciálov v určitej fáze tejto úlohy dokážeme veľmi presne predikovať výsledok, t.j. výkon či schopnosť človeka, túto úlohu vykonávať.
Ako je to s mechanizmami vyšších funkcií mozgu?
V súčasnosti je predstava taká, že podstatou vyšších funkcií mozgu je dynamická interakcia medzi skupinami nervových buniek v rámci nervových sietí veľkého rozsahu. Zoskupenia neurónov tvoria veľmi dynamické funkčné celky, rozličným spôsobom "distribuované" alebo rozložené v rámci mozgu a jeho jednotlivých štruktúr. Tie isté neuróny môžu byť súčasťou rozličných sietí v rozličnom čase, pričom tvorba týchto funkčných zoskupení prebieha veľmi rýchlo. Domnievame sa, že dynamika týchto interakcií je základom a podstatou vyšších funkcií mozgu.
Oblasti výskumu mozgu sú špecifické, pre bežného laika často nezrozumiteľné a nepochopiteľné. Prečo by však malo ľudstvo vedieť o mozgu čo najviac?
Základom každého výskumu je túžba po poznaní. Chceme vedieť o tomto svete čo najviac, chceme vedieť, ako funguje a prečo funguje práve takým spôsobom. Primárna motivácia je preto ontologická, jej podstatou je ľudská zvedavosť. Ďalší aspekt je biomedicínsky, poznanie príčin a mechanizmov chorobných dejov, výskum smerujúci k lepšej diagnostike a terapii neurologických a psychiatrických porúch. Čím viac budeme o mozgu vedieť, tým skôr budeme schopní správnym spôsobom tieto choroby rozoznať a liečiť ich.
Autor článku: TASR