Spletni Arhiv SiNAPSE | Ta spletna stran se ne osvežuje več. Za nove vsebine obiščite naslovno stran.

Stoletje možganov - spis o (ne)znanju

Brain Connection, 6. 3. 2008

Ko človek bolj spozna nevroznanost in tiste, ki se z njo ukvarjajo, ga lahko navda občutek prave grške tragedije – nekje iz ozadja vedno preži določen element samoprecenjevanja vpletenih. Kakšen pogum imajo ljudje, da raziskujejo nekaj tako kompleksnega in tako … no … nerazumljivega. Kakšno samozavest mora imeti človek, da prepričljivo govori o tistih stvareh, ki jih poznamo, zavedajoč se vse naše nevednosti. V preteklih letih nam je taka odkrita samozavest dala nekaj nezaslišanih naslovov knjig. Se je morda avtorjema del “Kako deluje um” in “Razložena zavest” povsem zmešalo? Raje si rečem, da so ti naslovi mišljeni s humorjem, da naj jih ne jemljemo preveč resno. Obširne knjige, ki bi se lahko resno približale takim naslovom, bi časovno verjetno zahtevale obdobja, daljša od naših življenj. Avtorji takih knjig najbrž predvidevajo, da bralci to razumemo, še preden vzamemo njihova dela v roke. Vprašanje pa ostaja, če to razumejo tudi njihovi založniki.

Vendar nevroznanstveniki vseeno nadaljujejo svoja raziskovanja. Torej morajo predvidevati, da bo iz vsega tega nekoč nastalo nekaj smiselnega. Je to še samoprecenjevanje? Lahko bi seveda rekli, da se splača nadaljevati že zato, ker pač dosegamo napredek. Verjetno pa je bolj zadovoljiv odgovor, da se splača nadaljevati predvsem zato, ker nekatera dosedanja raziskovanja možganov nakazujejo, da v njih lahko že zdaj najdemo lastnosti, ki bodo nekoč morda prispevale k popolni razjasnitvi njihovega delovanja.

Preden se lotimo pregleda dokazov o takih lastnostih, si oglejmo nekaj bolj preprostega – računalnik. Njegov osnovni element je tranzistor. Če razumemo delovanje tranzistorja in poznamo še nekaj drugih osnovnih elektronskih elementov, potem teoretično imamo tudi zadostno osnovo, da bi iz njih ob nadaljnjem trudu sestavili računalnik. Pa vendar, če bi si vsak programer, ki se na primer ukvarja z izdelavo računalniško generiranih filmov, moral zamisliti svojo nalogo v okviru razumevanja notranjega delovanja tranzistorja, bi najbrž gledali zelo kratke filme. Bistvo je v tem, da inženirji vzamejo kompleksne naprave, kot je tranzistor, omejijo njihov obseg delovanja na nekaj dobro nadzorovanih parametrov in jih s tem spremenijo v abstraktne naprave z relativno preprostimi lastnostmi. Tranzistorji se kljub svojim nelinearnim električnim značilnostim tako spremenijo v logična vrata. Njihovo delovanje lahko abstraktno razumemo kot pretvarjanje pravilnih in nepravilnih vhodnih podatkov v pravilne in nepravilne izhodne, preko jasno definiranih pravil. Ta postopek se ponavlja, dokler ne nastane kompleksna strojna oprema in podoben postopek se uporablja tudi za izdelavo kompleksne programske opreme – komponente, ki nastanejo na določeni ravni abstrakcije, služijo kot gradniki naslednje ravni kompleksne celote.

Tak postopek je ustrezen pri vseh napravah, ki so načrtovane kot deli večje strukture. Nam lahko kaj pomaga tudi pri razumevanju biologije na splošno, ali pri razumevanju možganov posebej? O znanosti sami smo navajeni razmišljati kot ločeni na področja, za katera so značilni neki osnovni abstraktni elementi. Tudi od znanstvenikov ne pričakujemo, da nam bodo sposobni svoja odkritja razložiti v okvirih zakonov kvantne mehanike, čeprav bi se jih teoretično dalo zreducirati tudi na to raven. Zakaj imamo do njih tako majhna pričakovanja? Se morda zavedamo naše in njihove omejene sposobnosti dojemanja? Ali pa je fizikalni svet zgrajen na tak način, da poglobljen pristop niti ni potreben? Znanstveniki z različnih področij so v okviru svojega znanja dejansko sposobni povsem ustrezno razlagati podatke in na njihovi osnovi predvidevati rezultate, ne da bi poznali temeljne zakone kvantne mehanike. Razlog za njihovo uspešnost je verjetno ravno v tem, da ves čas iščejo smiselne abstrakcije, na katerih temelji njihovo razumevanje. Predpogoj za vzpostavljanje novih abstraktnih pravil pa je upoštevanje omejitev, ki jih določen fizikalni sistem zahteva. Poglejmo si torej, kakšne omejitve lahko pridejo v poštev v primeru možganov.

Ena sama celica, ki se imenuje zigota in nastane z združitvijo genetskega materiala spermija in jajčeca, vsebuje vse potrebne informacije, da iz nje nekoč nastanejo možgani. Večino teh informacij verjetno vsebuje genetski zapis, ki pa je glede na kompleksnost možganov neverjetno kratek. Sto tisoč genov nekako poskrbi za razvoj sto milijard nevronov in trilijon sinaptičnih povezav med njimi. Kako naj taka kompleksnost nastane iz tako kratkega zapisa? Edina logična razlaga je, da geni verjetno kodirajo neke splošne vzorce, ki se med razvojem možganov ponavljajo. Število teh vzorcev mora biti precej manjše od števila vseh genov. To pomeni, da v teh vzorcih lahko iščemo morebitne kandidate za abstraktna pravila in da bomo morda nekoč, ko jih vse pojasnimo, na njihovi osnovi lahko zgradili razumen model delovanja možganov. Ti vzorci verjetno obstajajo na mnogih ravneh organizacije živčnega tkiva, zato jih morda lahko najdemo z iskanjem podobnosti v organizaciji nevronov, nevronskih zank, kortikalnih področij in kognitivnih sistemov. Omejeno število genov nam namiguje, da take podobnosti morajo obstajati.

Tudi dokazi iz človeške evolucije nakazujejo, da obstajajo neka abstraktna pravila razvoja možganov. Možgani našega prednika, Homo Erectusa, ki je živel pred približno 1.6 milijona let, so tehtali v povprečju le 900 gramov. Ker so možgani sodobnega človeka težki 1350 gramov, to pomeni, da je vsaka človeška generacija povprečno pridobila trideset tisoč novih nevronov. Takega števila novih celic in njihovih povezav pa ne morejo določati naključne mutacije v genomu. Večino novih nevronov vsebuje možganska skorja, torej mora biti tudi sicer sestavljena iz nekih splošno delujočih nevronskih zank, ki očitno prinašajo določeno evolucijsko prednost že s tem, če jih imamo večje število.

O abstraktnih vzorcih organizacije lahko podobno sklepamo tudi glede na nekatere nevrofiziološke dokaze. Sinaptična plastičnost je fenomen, ki so ga precej preučevali tako v senzoričnih kot motoričnih živčnih sistemih. Poskusi pri živalih kažejo, da področja senzorične in motorične skorje lahko deloma spreminjajo svojo funkcijo, če jih k temu prisilimo s ponavljajočimi in posebej načrtovanimi dražljaji. Tudi pri slepih ljudeh opažajo, da se ob branju Braillove pisave aktivirajo področja vidne skorje. Ta sposobnost, da se možgani prilagodijo na nove naloge s spreminjanjem namembnosti kortikalnih področij, je dodaten dokaz, da vpletene nevronske zanke niso specifične za določene naloge, ampak delujejo na dokaj neodvisen način.

Genetski, evolucijski in nevrofiziološki dokazi nakazujejo pot, s katero bomo nekoč morda identificirali splošne principe delovanja možganov. Je to že zadosten razlog za optimizem, ali še vedno govorimo o samoprecenjevanju? Verjetno smo ob določeni potrpežljivosti in dolgoročni usmerjenosti lahko optimistični. Ne smemo pa se slepiti, da vemo več kot je trenutno znano. Ob stalnem prizadevanju bodo morda naši potomci razumeli, kako delujejo človeški možgani. Lahko bi rekli tudi, da se moramo pripraviti na - stoletje možganov.

Po prispevku dr. Breta Petersona na spletni strani Brain Connection priredil Jure Bon.


© SiNAPSA 2003-2012