PROGRAMIRANJE MOZGA
Istraživanja kako mozak funkcionira, opiti i nauka o mozgu. Plastični mozak, sinapse i reprogramiranje mozga
Kako je razum postao novom religijom prosvjetiteljstva, ideja da nematerijalni um leži izvan dohvata opažanja i eksperimentiranja činila se sve manje održivom. Znanstvenici su otpisali dio kartezijanskog dualizma koji se odnosi na um, ali su prihvatili Descartesovu ideju mozga kao stroja. Misao, sjećanje i osjećaj tako više nisu emanacije duhovnoga svijeta nego se mogu smatrati logičnim i unaprijed determiniranim rezultatima fizičkog rada mozga. Svijest je, dakle, jednostavno nusproizvod tih operacija. „Riječ um je nepotrebna“, konačno je izjavio jedan ugledni neurofiziolog.
Opiti i istraživanja kako mozak funkcionira – neuroplastičnost mozga
Metaforu stroja je proširio i produbio dolazak digitalnog računala – „stroja koji misli“ – sredinom dvadesetog stoljeća. Tada su znanstvenici i filozofi počeli govoriti o moždanim sklopovima, pa čak i o našem ponašanju, kao nečemu što je „hardverski zadano“, poput mikroskopskih sklopova jetkanih u silicijski supstrat elektronskog čipa.
Kad je ideja o nepromjenjivosti odraslog mozga prerasla u dogmu, pretvorila se u neku vrstu „neurološkog nihilizma“, kako kaže psihijatar-znanstvenik Norman Doidge. Budući da je stvorila „dojam da je tretman za mnoge moždane probleme nedjelotvoran ili neopravdan“, objašnjava Doidge, osobama s mentalnim bolestima ili ozljedama mozga ostavila je malo nade u tretman, a kamoli izlječenje.
A kako se ideja „proširila u kulturi“, došlo je do toga da je „na prevaru zauzela naš ukupni pogled na ljudsku prirodu. Budući da se ljudski mozak ne može mijenjati, i sama se ljudska priroda, koja iz njega proistječe, počela činiti nužno nepromjenjivom.“ Nema regeneracije; samo opadanja. I mi smo betonirani u skrućeno stanje naših moždanih stanica – ili barem u kruti beton takvog stava.
Godina je 1968. Ja sam devetogodišnji dječak iz predgrađa koji se igra u šumarku pokraj naše obiteljske kuće. Marshall McLuhan i Norman Mailer nastupaju u večernjem televizijskom terminu i raspravljaju o intelektualnim i moralnim implikacijama onoga što Mailer opisuje kao „akceleraciju čovjeka u super-tehnički svijet“. Film 2001. upravo se počinje prikazivati u kinima i ostavlja gledatelje opijenima od oduševljenja, očaranima zabavom ili ih naprosto iritira. A u tihom laboratoriju na Sveučilištu Wisconsin u Madisonu, Michael Merzenich buši rupu u lubanji majmuna.
Tek dvadesetšestogodišnjak, Merzenich je već doktorirao anatomiju na Sveučilištu Johns Hopkins, gdje mu je mentor bio Vernon Mountcastle, neuroznanstvenik-pionir. U Wisconsin je došao na postdoktorski studij istraživati moždane karte tijela. Već godinama se znalo da je svaki dio površine ljudskog tijela predstavljen odgovarajućim područjem u moždanoj kori, naboranom vanjskom dijelu mozga. Kad stimuliramo pojedine živčane stanice kože – ako ih, primjerice, dodirujemo ili bockamo – one šalju električni impuls kralježnicom do točno određenog skupa neurona u moždanoj kori, koji prevodi dodir ili bockanje u svjesni osjećaj. Tridesetih godina dvadesetog stoljeća kanadski je neurokirurg Wilder Penfield pomoću električnih sondi došao do prvih karti osjeta u ljudskom mozgu. No, Penfieldove su sonde bile grub instrument i njegove su karte, iako u svoje doba revolucionarne, bile neprecizne. Merzenich se poslužio novom vrstom sonde, mikroelektrodama tankim poput dlačica, i želio je iscrtati znatno detaljnije karte koje će, kako se nadao, dovesti do novih spoznaja o strukturi ljudskog mozga.
Kad je odstranio komadić lubanje majmuna i ogolio mali dio mozga, utaknuo je mikroelektrodu u područje moždane kore koja registrira osjete iz jedne ruke majmuna. Zatim je tapkao po toj ruci na raznim mjestima, sve dok neuron pokraj vrška elektrode nije ispalio signal. Za nekoliko dana, nakon što je na tisuće puta sustavno ispremještao elektrode, dobio je „mikrokartu“ koja do sitnih detalja – na razini pojedinih živčanih stanica – pokazuje kako majmunov mozak obrađuje osjete iz ruke. Taj mukotrpan posao tada metodično izvodi
na još pet majmuna.
Merzenich zatim prelazi na drugu fazu eksperimenta. Skalpelom zarezuje osjetni živac na rukama životinja. Želi saznati kako mozak reagira u slučaju oštećenja i, nakon toga, ozdravljenja živčanog sustava.
Ono što će otkriti ostavlja ga potpuno zatečenim. Živci na rukama majmuna ne zarastaju pravilno nego rastu nasumce, što je i očekivao, i mozak se zbunjuje – što je također očekivao. Kada, primjerice, Merzenich dodiruje donji pregib majmunovog prsta, mozak govori životinji da osjet dolazi iz jagodice. Signali su ispremiješani a moždana karta pokvarena. Međutim, kad je isti test Merzenich proveo nekoliko mjeseci poslije, otkriva da se mentalna zbrka raščistila. Mozak se, shvaća Merzenich, reorganizirao. Živčani putovi životinje prepleli su se
u novu kartu koja odgovara novom rasporedu živaca u rukama.
Isprva ne može vjerovati što vidi. Kao i svaki drugi neuroznanstvenik, školovan je sa stavom da je struktura odraslog mozga nepromjenjiva. Ali u laboratoriju je na šest majmuna svojim očima vidio kako se mozak brzo i podrobno restrukturira na staničnoj razini.
„Restrukturiranje je bilo zapanjujuće, to sam znao, ali nisam ga mogao objasniti“, kako se Merzenich kasnije prisjeća. „Kad danas razmišljam o tome, jasno mi je da sam svjedočio neuroplastičnosti. Ali tada jednostavno nisam znao o čemu je riječ, nisam shvaćao što vidim. A osim toga, nitko među uglednim neuroznanstvenicima ne bi povjerovao da se neuroplastičnost može javiti na toj razini.“
Merzenich potom objavljuje rezultate svojih pokusa u znanstvenom časopisu. Nitko se previše ne obazire na njegov članak. Ali on zna da je na tragu nečem velikom i u sljedeća tri desetljeća provodi još mnoga ispitivanja na još mnogo majmuna, i sve upućuje na to da je neuroplastičnost veoma raširena pojava u mozgu odraslih primata. U članku iz 1983. koji dokumentira jedan takav pokus, Merzenich mrtavhladan izjavljuje: „Ovi su rezultati potpuno u suprotnosti sa stavom prema kojem se osjetni sustavi sastoje od niza gotovih otjelovljenih strojeva.“
Dugo zanemarivani, Merzenichovi detaljni i pedantni rezultati konačno se počinju primjećivati u neurološkoj zajednici. Na koncu će pokrenuti golemo preispitivanje dotad uvriježenih teorija o načinu funkcioniranja mozga. Istraživači ulaze u trag cijelom nizu prijašnjih pokusa, sve do doba Williama Jamesa i Sigmunda Freuda, u kojima se zapažaju primjeri neuroplastičnosti. Stara istraživanja izvlače se na svjetlo dana i počinje ih se ozbiljno shvaćati. S napretkom u znanosti mozga, dokazi za plastičnost postaju sve čvršći. Služeći se novom opremom za snimanje mozga, mikroelektrodama i drugim sondama, neuroznanstvenici su izveli daljnje pokuse, ne samo na laboratorijskim životinjama nego i na ljudima. Svi oni potvrđuju Merzenichovo otkriće. Oni, međutim, otkrivaju još nešto: mozak nije plastičan samo u dijelu moždane kore zaduženom za osjete. Plastičan je posvuda. Praktički svi naši živčani sklopovi – bili oni uključeni u osjećaje, vid, sluh, pokret, mišljenje, učenje, percepciju ili sjećanje – podložni su promjenama. Stara mudrost o nepromjenjivosti odraslog mozga sada je sasvim odbačena.
Odrasli mozak, kako se pokazalo, ne samo da je plastičan; riječima Jamesa Oldsa, profesora neuroznanosti na Institutu Krasnow za napredna istraživanja na Sveučilištu George Mason, on je „izrazito plastičan“.
Ili, kako kaže sam Merzenich: „posvuda i duboko plastičan“.
Stupanj plastičnosti opada kako starimo – mozak si doista pomalo utire putove – ali nikad ne nestaje. Naši neuroni sve vrijeme raskidaju stare veze i stvaraju nove, i uvijek se stvaraju nove živčane stanice. „Mozak“, kaže Olds, „ima sposobnost da se reprogramira u hodu, da izmijeni način na koji funkcionira.“
Još ne znamo sasvim podrobno kako se to mozak reprogramira, ali već je jasno da, kako je natuknuo Freud, tajna leži uglavnom u gustoj kemijskoj juhi naših sinapsi. Što se događa u mikroskopskim prostorima između naših neurona uistinu je iznimno komplicirano ali jednostavnim riječima, na djelu su različite kemijske reakcije koje naše doživljaje registriraju i bilježe u živčanim putovima. Svaki put kad izvršavamo neku namjeru ili doživimo neki osjećaj, bilo fizički bilo mentalno, aktivira se određeni skup neurona u našem mozgu. Ako se nalaze na malom prostoru, ti se neuroni okupljaju razmjenjujući sinaptičke neurotransmitere kakav je, primjerice, aminokiselina glutamat. Svaki put kad se isti doživljaj ponovi, sinaptičke veze među neuronima postaju jače i brojnije, bilo uslijed bioloških promjena (otpuštanjem veće koncentracije neurorransmitera) bilo uslijed anatomskih promjena (primjerice, stvaranjem novih neurona ili rastom novih sinapričkih terminala na postojećim aksonima ili dendritima). Sinaptičke veze s iskustvom mogu i slabiti, i opet uslijed fizioloških i anatomskih izmjena. Sve što naučimo dok živimo ugrađuje se u promjenjive stanične veze u našoj glavi. Lanci povezanih neurona čine istinske „životne putove“ našeg uma. Bit dinamike neuroplastičnosti znanstvenici danas sumiraju rečenicom poznatom kao Hebbovo pravilo: „Stanice koje skupa okidaju obično i jesu skupa.“
Jednu od najjednostavnijih, a ipak najdojmljivijih demonstracija promjena sinapričkih veza, daje nam niz pokusa koje je biolog Eric Kandel proveo početkom 1970-ih na Aplysiji, jednoj vrsti velikog morskog puža. (Morska stvorenja su osobito pogodna za neurološka testiranja jer najčešće imaju jednostavan živčani sustav i velike živčane stanice.) Za ta je istraživanja Kandel dobio Nobelovu nagradu, a otkrio je sljedeće: ako pužu dotaknete škrge, ma kako nježno, one će se trenutačno i refleksno uvući. Ali ako ih opetovano dodirujete, i pritom životinji ne nanosite bol ili štetu, instinkt za uvlačenjem će pomalo slabiti. Promatrajući živčani sustav puža, Kandel je otkrio da „usporedo s tom naučenom promjenom ponašanja stoji progresivno slabljenje sinaptičkih veza“ između osjetnih neurona koji „osjećaju“ dodir, i motoričkih neurona koji nalažu škrgama da se uvuku. Puž će se priviknuti na dodirivanje i naučiti da ga može zanemariti. U uobičajenom stanju, oko devedeset posto osjetnih neurona u škrgama povezano je s motoričkim neuronima. Već nakon četrdeset dodira, samo deset posto osjetnih neurona zadržava vezu s motoričkim stanicama. To je istraživanje „dramatično pokazalo“, kako piše Kandel, da „sinapse brzo mijenjaju i zadržavaju promijenjenu snagu nakon već relativno kratkog razdoblja učenja“.
Plastičnost naših sinapsi dovodi u sklad dvije filozofije uma koje su stoljećima bile u sukobu: empirizam i racionalizam. Prema gledištu empirista, kao što je bio John Locke, um s kojim se rađamo je prazna ploča, tabula rasa. Sve što saznajemo, doznajemo iz iskustva, iz onoga što naučimo živeći. Običnijim riječima, mi smo proizvod odgoja, ne prirode. Prema gledištu racionalista, kao što je bio Immanuel Kant, rađamo se s ugrađenim „mentalnim predlošcima“ koji određuju kako ćemo percipirati i razumjeti svijet. Sva se naša iskustva filtriraju kroz te urođene predloške. Prevladava priroda.
Kako su pokazali pokusi s Aplysijom, izvještava Kandel, „oba gledišta imaju svoje uporište – dapače, nadopunjuju se“. Naši geni „daju specifikaciju“ mnogim „vezama među neuronima – oni određuju koji će, i kada, neuroni tvoriti sinaptičke veze s kojim drugim neuronima“.
Te genski predodređene veze čine Kantove urođene predloške. Ali naše iskustvo regulira jačinu, ili „dugoročnu djelotvornost“ veza, te
omogućuju – kako je tvrdio Locke – preoblikovanja uma tijekom života i „izražavanje novih obrazaca ponašanja“.
Suprotstavljene filozofije empirista i racionalista zajednički su teren pronašle u sinapsi. Joseph LeDoux, neuroznanstvenik sa Sveučilišta New York, u svojoj knjizi Sinaptičko ja objašnjava kako priroda i odgoj „ustvari govore istim jezikom. Svoje bihevioralne učinke i jedno i drugo postižu oblikovanjem sinaptičke organizacije mozga.“
Izvor: Nikolas Kar – Plitko