Jak obraz świata dociera do świadomości, a jak do głębszych pokładów psychiki? Czym są decyzje, emocje i myśli z perspektywy neuronaukowej? Zasady funkcjonowania „szarej tkanki między uszami” tłumaczy dr Paweł Boguszewski, badacz z Instytutu im. Marcelego Nenckiego.
Był wieczór. Leżąc na kanapie przed telewizorem, Klara przełączała bezwiednie kanały. Nagle na ekranie pojawiła się wykrzywiona w grymasie gniewu twarz znanego polityka. Mężczyzna wykrzykiwał coś z mównicy, potrząsał pięścią, straszył. „Co za brednie” – mruknęła zniesmaczona Klara i zdecydowanym ruchem kciuka nacisnęła guzik w pilocie. Wyłączyła odbiornik.
Ot, scena, jaka codziennie rozgrywa się w tysiącach domów na całym świecie. Sytuacja banalna. Ale dla neuronaukowca te kilka sekund to fascynujące zdarzenie pokazujące, jak wspaniałym dziełem ewolucji są ludzki mózg i cały układ nerwowy. Między ukazaniem się groźnej twarzy na ekranie a wyłączeniem odbiornika dzieją się – w układzie nerwowym, a przede wszystkim w mózgu Klary – rzeczy niezwykłe. Spróbujmy przyjrzeć się po kolei wszystkim tym zjawiskom.
W złożoności siła
Mózg to najbardziej skomplikowany układ, jaki znamy. Składa się z około 86 mld neuronów, komórek wyspecjalizowanych w przetwarzaniu i przesyłaniu informacji. Przenoszą one wrażenia zmysłowe z peryferii naszego ciała do centrali, dokonują złożonych analiz i porównań, zapisują informacje na przyszły użytek i wysyłają komendy do mięśni.
Każdy z neuronów jest wyjątkowy, zmienia się pod wpływem doświadczenia i sam w sobie jest już skomplikowaną maszyną. Jego cecha charakterystyczna to ogromna liczba wypustek, z których krótsze (dendryty) służą do odbierania, a dłuższa (akson) do wysyłania informacji. Najdłuższe aksony u człowieka sięgają od głowy do stóp.
Neurony zawsze pracują w mniejszych lub większych zespołach – sieciach, które potrafią dużo więcej niż pojedyncze komórki.
I jeszcze parę słów o tym, jak mózg informację przetwarza. Informacja w mózgu występuje w formie impulsów elektrycznych i chemicznych, słabiutkich prądów, niewielkich przepływów naładowanych jonów przez błonę komórkową. Za pomocą dendrytów komórka nerwowa odbiera prądy od innych, pobliskich neuronów. Prądy te sumują się i kiedy osiągną pewien określony próg, komórka wysyła gwałtowny impuls elektryczny wzdłuż swojego aksonu. Dociera on do innych, nawet odległych komórek nerwowych lub do mięśni. Zasada jest więc bardzo prosta. Ale jeśli pomnożymy ją przez dziesiątki miliardów neuronów i setki bilionów połączeń synaptycznych, otrzymamy maszynę o niesamowitych możliwościach. Niezwykłość ludzkiego mózgu tkwi w jego złożoności.
Wiedząc już to wszystko, wróćmy do Klary i zacznijmy przygodę wraz z informacją w mózgu od samego początku.
Przez porty zmysłów
Narządy zmysłów tłumaczą zjawiska fizyczne – światło, dźwięk, obecność substancji chemicznych, nacisk – na język układu nerwowego, czyli impulsy elektryczne. W przypadku układu wzrokowego fala elektromagnetyczna o pewnej częstotliwości, czyli światło widzialne, wpada do oka poprzez rogówkę i soczewkę, by wyświetlić odwrócony obraz świata na jego tylnej ściance – siatkówce.
Warstwa ta wyściełana jest komórkami, które wykrywają obecność światła – zamieniają energię świetlną na impulsy elektryczne. Potrafią to dzięki obecności barwników, które są wyspecjalizowanymi białkami.
Mechanizm ten pozwala widzieć nie tylko światło, lecz także cały obraz. Scena wyświetlona na ekranie telewizora pojawia się na siatkówce oczu Klary, wywołuje złożoną reakcję biochemiczną. Jednak to dopiero początek długiej drogi, bo choć patrzymy oczami, to widzimy mózgiem.
Aksony komórek siatkówki splecione w wiązkę tworzą nerw wzrokowy, którym informacja biegnie z oka do mózgu.
Wzgórze, podejrzana okolica
Pędzi wizerunek groźnego polityka nerwem wzrokowym Klary. Najpierw trafia do wzgórza – ewolucyjnie starego, ukrytego we wnętrzu mózgu obszaru. Jeśli mózg wyobrazimy sobie jako miasto, wzgórze jest szemraną dzielnicą dworcową. Tu nerw wzrokowy kończy swój bieg, tu też docierają impulsy z innych naszych zmysłów (z wyjątkiem węchu).
Aby Klara zobaczyła coś świadomie, informacja musi powędrować w inne partie mózgu, ale już we wzgórzu mogą zostać wykryte pewne istotne cechy obrazu, takie jak grymas gniewu na twarzy polityka. Tego rodzaju bodziec jest niezwykle istotny i może zupełnie automatycznie uruchomić nasz układ emocjonalny. Wzgórze to dzielnica, która nie lubi groźnych przyjezdnych. Kiedy taki się zjawia, informacja zostaje przekazana do ciała migdałowatego – innej głębokiej struktury odpowiedzialnej za uruchomienie reakcji lęku. To dzięki tej drodze na skróty emocje budzą się, zanim jeszcze obraz dotrze do naszej świadomości.
Ale o ciele migdałowatym i emocjach później. Teraz podążymy szlakiem świadomego widzenia. We wzgórzu nerw wzrokowy przekazuje informację z oka neuronom, których aksony prowadzą do zewnętrznej warstwy mózgu, czyli do kory mózgu, a konkretnie do płatu potylicznego, do obszaru oznaczonego V1 (czyli pierwszorzędowej kory wzrokowej).
I tu dzieje się rzecz dla ludzkiego widzenia zasadnicza: informacja o milionie świetlnych plamek, która przybyła z oka, zostaje przetłumaczona na informację o liniach. Układ wzrokowy konstruuje bowiem obraz nie z punktów, ale właśnie z linii, które wykrywane są przez komórki w obszarze V1.
Tu też mają początek dwa główne, równoległe szlaki widzenia: pierwszy, nazywany „gdzie”, który biegnie w kierunku czubka głowy i wykrywa ruch oraz położenie przestrzenne elementów obrazu. Drugi to szlak „co”, prowadzący od potylicy w kierunku skroni i rozpoznający obiekty, na które patrzymy.
Dane o wydobytych z obrazu liniach zostają wysłane w obu tych kierunkach w celu dodatkowych oględzin.
W przypadku twarzy polityka ważniejszą rolę odgrywa szlak „co”. Kolejne etapy tego szlaku wykrywają nakładanie się na siebie obiektów, określają kolory. Wreszcie informacja trafia do fałdu kory w płacie skroniowym zwanego zakrętem wrzecionowatym. Gdy sygnał tam dotrze, Klara w sposób świadomy zobaczy twarz. Ale by zrozumiała, że jest to twarz jej znana, informacja musi przejść jeszcze dalej ku przodowi płata skroniowego, gdzie znajdują się tzw. komórki babcine. Reagują one na daną, konkretną osobę, niezależnie od tego, czy ją widzimy, słyszymy, czy rozpoznajemy po jakichś charakterystycznych atrybutach.
Czyli mamy to. Twarz z telewizora dociera wreszcie do świadomości Klary i zostaje rozpoznana jako należąca do nielubianego przez nią polityka.
Teraz odpowiednie instancje zdecydują, co z tym począć.
Emocje, wszędzie emocje
Całemu zdarzeniu od początku towarzyszą emocje. Lęk na widok groźnej miny i gestów polityka. Niepokój w reakcji na płynący z jego ust potok słów. A także ulga po wyłączeniu telewizora.
Lęk i pobudzenie w odpowiedzi na gniewną mimikę to reakcja automatyczna, bezwiedna i uniwersalna kulturowo – nie musimy się jej uczyć, bo jest głęboko zakodowana w naszym DNA. Pozwala na szybkie, niewerbalne przekazywanie informacji w obrębie grupy – jeżeli jeden osobnik wyraża emocje, to widać ma po temu ważne powody i inni członkowie stada powinni na to zareagować, szukać przyczyny lub wręcz od razu uciekać. Dzięki temu mechanizmowi łatwiej ludziom oraz innym zwierzętom społecznym działać w grupie. Ale z drugiej strony to potężne narzędzie, za pomocą którego można sterować nami wbrew naszej woli.
Odpowiedzialna za te pierwotne emocje jest wspomniana wcześniej struktura – ciało migdałowate, znane też jako amygdala. Ten stosunkowo niewielki rejon jest zlokalizowany w głębi płatów skroniowych, po obu stronach mózgu. Jego podstawowa rola to nadawanie znaczenia emocjonalnego bodźcom.
Amygdala w mózgu pełni rolę strażnika. Jak tylko widzi lub słyszy coś podejrzanego, zaraz trąbi na alarm. Niestety, jest to strażnik zdecydowanie nadgorliwy. W przypadku najmniejszych wątpliwości woli podnieść larum, niż zignorować zagrożenie. Stąd bierze się większość naszych problemów z nadmiarem lęku w życiu codziennym.
Za uczucie niesmaku i obrzydzenia odpowiada inny obszar – kora wyspy – ukryty między płatem czołowym a skroniowym. Przypadek obrzydzenia jest niezmiernie intrygujący, bo pokazuje, jak ewolucja wykorzystuje istniejące już mechanizmy i przystosowuje je do nowych sytuacji. Kora wyspy jest korą sensoryczną dla smaku – tam mózg buduje wrażenia na podstawie impulsów nerwowych z kubków smakowych. Tam również powstaje obrzydzenie, czyli pierwotna reakcja na niesmaczny, potencjalnie toksyczny pokarm, ale też na zapachy substancji, z którymi kontakt grozi zakażeniem, takich jak ekskrementy. Co więcej, ten sam obszar wzbudza się także wtedy, gdy widzimy krew albo twarze innych ludzi wykrzywione z obrzydzeniem. Oraz na samą myśl o czymś wstrętnym, nawet gdy jest to czyn moralnie odpychający. Wiele przyczyn, a jedna reakcja, pierwotnie wynikająca z bardzo biologicznej potrzeby.
I stąd też obrzydzenie u Klary pod wpływem kłamstw płynących z ekranu.
A ulga, kiedy wyłączone pudło zamilkło? Tu zadziałał tzw. układ nagrody. Są to struktury mózgu, których pobudzenie odczuwamy jako przyjemność. Stanowią ekwiwalent marchewki w naszym życiu, kiedy kijem jest ciało migdałowate.
Te emocje na pewno wpłynęły na decyzję naszej bohaterki.
Czas coś z tym zrobić
Podjęcie decyzji jest złożonym procesem i wymaga współpracy wielu sieci neuronowych. Te najistotniejsze umiejscowione są w korze przedczołowej – obszarze mózgu najbardziej wysuniętym ku przodowi. Pukając się w czoło, możemy całkiem dokładnie go zlokalizować. Kora przedczołowa angażuje się w wiele zadań i funkcji, które utożsamiamy z wyższymi czynnościami umysłu, takich jak – oprócz podejmowania decyzji – ocena moralna, dostosowanie zachowania do sytuacji, planowanie, zachowania społeczne, kontrola impulsów i popędów oraz wiele innych.
O tym, jak ważną rolę odgrywa ten kawałek mózgu, przekonał się Phineas Gage, lub raczej przekonali się badający jego przypadek naukowcy. W 1848 r. ów wzorowy obywatel, znakomity brygadzista i przykładny ojciec spowodował niechcący eksplozję, w następstwie której metalowy pręt przebił mu czaszkę i pozbawił go płatów przedczołowych. Mimo to przeżył, co zakrawało na cud, i po rekonwalescencji wrócił do pracy. Jednak dość szybko uwidoczniły się głębokie zmiany w jego osobowości – stał się porywczy, wulgarny i nie był w stanie przewidywać konsekwencji swojego zachowania.
Przypadek Gage’a był kamieniem milowym w rozwoju neurologii, ale przede wszystkim kubłem zimnej wody dla wielu współczesnych mu ludzi – nikt się nie spodziewał, że można utracić moralność, gubiąc nieco neuronów, i że zjawiska, które uznawaliśmy za kulturowe lub związane z systemami religijnymi, mają ścisły związek z biologią mózgu.
Wracając do Klary: to w jej korze przedczołowej zapadła decyzja, by wyłączyć odbiornik. Teraz należało ten plan wcielić w życie.
Jedyna nadzieja w mięśniach
Aby wpłynąć na świat zewnętrzny, mózg wysyła sygnały do mięśni. To jedyna droga. Poruszanie się, siedzenie bez ruchu, manipulowanie obiektami, uśmiechanie się, mówienie lub powstrzymywanie słów cisnących się na usta – wszystko to polega na odpowiednim kierowaniu mięśniami. Czyli tak jak mózg potrzebuje narządów zmysłów, by odbierać świat, tak musi mieć układ ruchowy, by wejść ze światem w interakcję.
Kiedy w korze przedczołowej Klary zapada decyzja o wciśnięciu przycisku na pilocie, jej mózg ma przed sobą cały szereg czynności. Najpierw wyspecjalizowane obszary ruchowe planują wykonanie zadania. Do tego muszą dysponować pełnym raportem o stanie ciała. W końcu dobrze wiedzieć, gdzie są ręka i kciuk, zanim zaczniemy ich używać, oraz czy pilot jest w garści. Raportu tego dostarcza kora czuciowa, zbierając – z mięśni, stawów, ścięgien i receptorów skórnych – dane o położeniu i działających siłach. Po dodaniu informacji pochodzącej od wzroku mamy gotową reprezentację ciała.
Zanim z kory ruchowej zostaną wysłane do mięśni impulsy nakazujące im skurcz, inne obszary mózgu – kora przedruchowa i dodatkowa kora ruchowa – zmieniają nasz zamiar na to, co konkretnie ma zrobić ciało. W końcu chcąc wcisnąć przycisk, nie myślimy, które partie mięśni musimy napiąć, a które rozluźnić. Zajmują się tym właśnie te obszary. Są aktywne nawet wtedy, kiedy jedynie myślimy o ruchu lub obserwujemy ruch innych ludzi. Pozwala nam to mentalnie trenować i rozumieć intencje innych osobników. (Ale, niestety, od samego myślenia nie spalimy więcej kalorii).
Opracowana już i wysłana z kory ruchowej sekwencja nadal podlega modyfikacjom i kontroli. Chociażby móżdżek, niewielka struktura z tyłu mózgu, pilnuje, czy wszystko przebiega zgodnie z planem, i wprowadza na bieżąco korekty. Bez niego ruch byłby niepewny, nieprecyzyjny, mowa bełkotliwa, a wzrok rozbiegany. Jeżeli ten obraz coś Państwu przypomina, to słusznie, bo móżdżek pierwszy ulega wpływowi alkoholu.
Impulsy z mózgu biegną wzdłuż rdzenia kręgowego, przesiadają się na złączach synaptycznych na motoneurony, które już bezpośrednio unerwiają mięśnie. Przy tej przesiadce impuls nadal może być zmodyfikowany, np. pod wpływem odruchów – gdyby, dajmy na to, pilot okazał się rozgrzanym do czerwoności kawałkiem żelaza i zaczął parzyć dłoń, zamiast wciskać przycisk, odruchowo byśmy go upuścili.
Ale tym razem pilot nie parzył, operacja się udała, telewizor zamilkł, a Klara odetchnęła. Również kot odczuł wielką ulgę i wpakował się jej na kolana.
Epilog
Ta kilkusekundowa scena, zupełnie trywialna, okazała się polem do rozlicznych rozważań neuronaukowych i pozwoliła odbyć podróż przez ludzki mózg. Ale i tak była to jedynie pobieżna wycieczka, bo wiele zjawisk nie zostało poruszonych, m.in. pamięć robocza i długotrwała, inne zmysły i emocje, odruchy, mowa, uwaga, świadomość. To pokazuje, jak bardzo skomplikowanym tworem jest mózg oraz jak nie doceniamy jego niezwykłych możliwości, które prezentuje nawet w banalnym, codziennym życiu. Przyjmujemy je jako oczywiste (dopóki coś nie zacznie szwankować).
Klara jest bez wątpienia człowiekiem, należy do gatunku zwanego Homo sapiens – człowiek rozumny. W kwestii pochodzenia człowieka teoria Darwina nadal trzyma się świetnie. Nauka stale ją udoskonala, dokłada nowe mechanizmy, ale podstawowa koncepcja pozostaje ta sama. Jako ludzie jesteśmy produktem ewolucji zbudowanym z podobnych elementów, co wszystkie istoty żywe, a nasza wyjątkowość wynika z ogromnej złożoności naszego układu nerwowego. Czyli my, nasza natura, przeżycia wewnętrzne, myśli – to nic innego jak przepływ miliardów subtelnych prądów przez szarokrwistą tkankę mieszkającą pomiędzy naszymi uszami.
Dla mnie to powód do dumy, a nie degradacja człowieczeństwa.
Czytaj również:
