Mozak — kako funkcionira?
“Kad je riječ o istraživanju, mozak je najproblematičniji dio tijela”, primjećuje E. Fuller Torrey, psihijatar s američkog Nacionalnog instituta za mentalno zdravlje. ”Nosimo ga na ramenima u tom kućištu koje je jako nezgodno za istraživanje.”
MEĐUTIM, znanstvenici kažu da su dosad već mnogo naučili o tome kako mozak obrađuje informacije koje mu pribavlja naših pet osjetila. Razmotrimo, naprimjer, na koji način mozak obrađuje vizualne podražaje.
Oči vašeg uma
Svjetlost dopire do oka i pada na mrežnicu, koja se sastoji od tri sloja stanica smještenih u stražnjem dijelu očne jabučice. Svjetlost prodire do trećeg sloja. U tom se sloju nalaze takozvani štapići, stanice koje reagiraju na svjetlost i tamu, te čunjići, koji reagiraju na svjetlost valnih duljina koje odgovaraju crvenom, zelenom i plavom dijelu spektra boja. Svjetlost izbjeljuje pigment u tim stanicama. Izbijeljena stanica šalje signal stanicama u drugom sloju, odakle signal putuje u druge stanice u najvišem sloju. Udruživanjem aksona tih stanica nastaje vidni živac.
Milijuni vlakana vidnog živca dolaze na čvorište u mozgu koje se naziva optička kijazma. Tu se sastaju vlakna koja donose signale iz lijevog dijela mrežnice oba oka i nastavljaju putovati paralelnim linijama koje vode u lijevu stranu mozga. Slično tome, signali iz desne strane obje mrežnice udružuju se i putuju u desnu stranu mozga. Impulsi zatim stižu u relejnu stanicu u talamusu, a odatle vlakna sljedećih neurona prenose signale u stražnje područje mozga koje se naziva vidni korteks.
Različiti elementi vizualnih informacija putuju paralelnim putevima. Danas istraživači znaju da primarni vidni korteks, zajedno s jednim obližnjim područjem, funkcionira kao neki poštanski ured koji razvrstava, odašilja i udružuje čitav niz informacija koje donose neuroni. Treće područje razabire oblike, primjerice obrise nekog predmeta, i kretanje. Četvrto područje prepoznaje i oblik i boju, dok peto područje prati kretnje tako što neprestano nadopunjava karte vizualnih podataka. Najnovija istraživanja pokazuju da čak 30 različitih područja u mozgu obrađuje vizualne informacije koje prikuplja oko! No kako se ta područja udružuju da bi vam pružila sliku? Da, kako vaš um ”gleda”?
”Gledati” mozgom
Oko prikuplja mozgu informacije, no moždana kora je ta koja, po svemu sudeći, obrađuje informacije koje pristižu u mozak. Snimite li neki prizor fotoaparatom, dobit ćete fotografiju na kojoj se vide detalji svih dijelova tog prizora. No kada taj isti prizor ”snimate” okom, tada svjesno promatrate samo onaj njegov dio na koji ste usmjerili pažnju. Način na koji to mozak radi još uvijek je tajna. Neki smatraju da je to rezultat postupne integracije vizualnih informacija u takozvanim zonama konvergencije, koje vam pomažu da usporedite to što vidite s onim što već otprije znate. Drugi pretpostavljaju da kad ne možete potpuno jasno vidjeti neki objekt, to je jednostavno zato što neuroni koji upravljaju pozornim vidom nisu aktivirani.
Što god da je posrijedi, teškoće s kojima se znanstvenici suočavaju objašnjavajući fenomen vida djeluju neznatno u usporedbi s problemima na koje nailaze utvrđujući što se točno podrazumijeva pod pojmovima ”svjesnost” i ”um”. Metode skeniranja, kao što su magnetska rezonancija i pozitronska emisijska tomografija, otvorile su znanstvenicima nove vidike u istraživanju ljudskog mozga. Promatrajući dotok krvi u određena područja mozga tijekom procesa razmišljanja, zaključili su s priličnom dozom sigurnosti da različita područja moždane kore očito pomažu čovjeku da čuje riječi, da ih vidi i izgovara. Međutim, kao što to jedan pisac zaključuje, ”fenomen uma, svjesnosti, daleko je kompleksniji ( . . . ) nego što je to itko pretpostavljao”. Da, tajne mozga velikim dijelom tek treba otkriti.
Mozak — samo fantastični kompjuter?
Usporedbe bi nam mogle pomoći da razumijemo složenost našeg mozga. Na početku industrijske revolucije, sredinom 18. stoljeća, bilo je popularno uspoređivati mozak sa strojem. Kasnije, kad su telefonske centrale postale simbol napretka, ljudi su uspoređivali mozak s centralom na kojoj radi telefonist koji prima mnoštvo poziva i donosi odluke. Danas, kada kompjuteri izvršavaju složene zadatke, neki uspoređuju mozak s kompjuterom. Da li ta usporedba u potpunosti objašnjava rad mozga?
Između mozga i kompjutera postoje značajne temeljne razlike. Mozak je u osnovi kemijski, a ne električni sustav. U svakoj njegovoj stanici odvijaju se brojne kemijske reakcije, a to je nešto potpuno drugačije od principa rada jednog kompjutera. Osim toga, prema zapažanju dr. Susan Greenfield, ”mozak uopće nitko ne programira: to je organ koji sam predviđa i unaprijed rješava probleme te radi sam od sebe”, za razliku od kompjutera koji netko mora programirati.
Neuroni međusobno komuniciraju na kompleksan način. Mnogi neuroni reagiraju na 1 000 ili više sinaptičkih podražaja. Da bismo shvatili što to znači, osvrnimo se na istraživanje jednog neurobiologa. Želeći otkriti kako prepoznajemo mirise, proučavao je jedno područje u donjem dijelu mozga koje se nalazi malo iznad unutarnjeg dijela nosne šupljine. On komentira: ”Čak i u tom naizgled jednostavnom zadatku — koji djeluje kao dječja igra u usporedbi s dokazivanjem nekog geometrijskog teorema ili s razumijevanjem neke Beethovenove skladbe za gudački kvartet — sudjeluje otprilike 6 milijuna neurona, s tim da svaki neuron prima od drugih neurona možda čak 10 000 podražaja.”
Međutim, mozak nije samo puka nakupina neurona. Na svaki neuron dolazi po nekoliko glija-stanica. Osim što povezuju mozak u jednu cjelinu, one pružaju neuronima električnu izolaciju, suzbijaju infekcije te se udružuju tvoreći zaštitnu barijeru krv-mozak. Istraživači smatraju da glija-stanice možda imaju i neke druge funkcije koje još nisu otkrivene. ”Naizgledna sličnost s kompjuterima, koje je proizveo čovjek i kod kojih se obrađuju elektronske informacije u digitalnom obliku, možda je toliko neprimjerena da čak navodi na krivi zaključak”, rezimira časopis Economist.
No sada nam preostaje da se osvrnemo na još jednu misteriju.
Od čega su sačinjena sjećanja?
Pamćenje — ”možda najneobičniji fenomen u svijetu prirode”, prema riječima profesora Richarda F. Thompsona — obuhvaća nekoliko različitih funkcija mozga. Većina znanstvenika koji se bave istraživanjem mozga dijeli pamćenje na dvije vrste: deklarativno i proceduralno. Proceduralno pamćenje obuhvaća razne vještine i navike. Deklarativno pak obuhvaća pohranjivanje podataka. Knjiga The Brain—A Neuroscience Primer navodi procese pamćenja prema njihovom trajanju: vrlo kratkoročno pamćenje, koje traje otprilike 100 tisućinki sekunde; kratkoročno pamćenje, u trajanju od nekoliko sekundi; radno pamćenje, u kojem se pohranjuju nedavna iskustva, te dugoročno pamćenje, u kojem se pohranjuju ponavljani verbalni sadržaji i korištene motoričke sposobnosti.
Jedno moguće objašnjenje dugoročnog pamćenja kaže da ono započinje aktivnošću u prednjem dijelu mozga. Informacija koja je izabrana za pohranjivanje u dugoročno pamćenje prolazi u obliku električnog impulsa do dijela mozga koji se naziva hipokampus. Ovdje se procesom takozvane dugoročne potencijacije poboljšava sposobnost neuronâ za prenošenje poruka. (Vidite okvir ”Premošćivanje pukotine”.)
Jedna druga teorija pamćenja zasniva se na ideji da moždani valovi igraju jednu od ključnih uloga. Pobornici te teorije smatraju da konstantne oscilacije električne aktivnosti mozga, poput nekog ritmičnog bubnjanja, pomažu u povezivanju različitih sjećanja i određuju u kojem će se trenutku aktivirati različite stanice mozga.
Znanstvenici smatraju da mozak na različitim mjestima pohranjuje različite vrste sjećanja, pri čemu se svaka predodžba povezuje s onim područjem mozga koje je specijalizirano za prihvaćanje takvih predodžbi. Nedvojbeno je da neki dijelovi mozga sudjeluju u procesu pamćenja. Amigdaloidna jezgra je sitna nakupina živčanih stanica veličine badema, nalazi se nedaleko od moždanog debla i obrađuje sjećanja koja se odnose na strah. Područje bazalnih ganglija usredotočeno je na navike i fizičke sposobnosti, dok se mali mozak, smješten u bazi mozga, koncentrira na uvjetovano učenje i reflekse. Smatra se da u njemu pohranjujemo vještine vezane uz održavanje tjelesne ravnoteže — naprimjer, vještine koje su nam potrebne kad vozimo bicikl.
U ovom kratkom osvrtu na rad mozga morali smo zaobići detalje vezane uz njegove druge izvanredne funkcije, kao što su svijest o vremenu, njegova prirodna sklonost prema učenju jezika, njegove složene motoričke sposobnosti, način na koji upravlja tjelesnim živčanim sustavom i radom vitalnih organa te način na koji suzbija bol. Osim toga, još uvijek se otkrivaju novi kemijski prijenosnici koji mozak povezuju s imunološkim sustavom. ”Njegova je složenost toliko nevjerojatna”, primjećuje neurolog David Felten, ”da se čovjek pita ima li uopće nade da ćemo ikad u potpunosti razumjeti kako funkcionira.”
Premda mnoge tajne mozga ostaju nerazjašnjene, zahvaljujući tom izvanrednom organu imamo sposobnost razmišljanja, meditiranja i podsjećanja na ono što smo već prije naučili. No kako možemo najbolje koristiti svoj mozak? Zaključni članak ove serije pruža odgovor na to pitanje.
[Okvir/slike na stranici 8]
PREMOŠĆIVANJE PUKOTINE
Kad dođe do stimulacije neurona, živčani impuls putuje njegovim aksonom. Kad stigne do sinaptičkog mjehurića, impuls prouzročuje da se sitne kuglice (sinaptičke vezikule; svaka ima u sebi na tisuće neurotransmiterskih molekula) koje se nalaze u sinaptičkom mjehuriću stope s membranom mjehurića i istovare svoj teret preko sinapse.
Pomoću složenog višestrukog sistema ključ-brava neurotransmiter otvara i zatvara signalne kanale sljedećeg neurona. Tako čestice dobivaju električni naboj te putuju do ciljnog neurona i izazivaju daljnje kemijske promjene koje tamo ili aktiviraju električni impuls ili suzbijaju daljnju električnu aktivnost.
Fenomen koji se naziva dugoročna potencijacija dešava se kod konstantne stimulacije neurona koji tada odašilju neurotransmitere preko sinapse. Neki znanstvenici smatraju da taj proces zbližava neurone. Drugi pak tvrde kako postoje dokazi da se poruka od neurona primaoca vraća neuronu odašiljaocu. To zatim uzrokuje kemijske promjene uslijed kojih nastaje još više proteina koji funkcioniraju kao neurotransmiteri. Potom oni jačaju vezu između neurona.
Mijenjanje veza u mozgu, njegova sposobnost prilagodbe, dovela je do izreke: ”Ili ga upotrebljavaš ili ga gubiš.” Stoga, želite li nešto upamtiti, korisno je često se toga prisjećati.
Akson
Vlakno koje prenosi signale i povezuje neurone
Dendriti
Kratke, veoma razgranate veze koje povezuju neurone
Neuriti
Krakasti izdanci neurona; postoje dvije osnovne vrste neurita: aksoni i dendriti
Neuroni
Živčane stanice; mozak ima između 10 milijardi i 100 milijardi neurona, a ”svaki je povezan sa stotinama, katkada i s tisućama, drugih stanica”
Neurotransmiteri
Kemijske tvari koje prenose živčani signal preko takozvane sinaptičke pukotine, koja se nalazi između otpremne i prihvatne živčane stanice (odnosno neurona)
Sinapsa
Pukotina između neurona (odnosno živca) odašiljaoca i neurona primaoca
[Zahvale]
Na temelju knjige The Human Mind Explained, profesorice Susan A. Greenfield, objavljene 1996.
CNRI/Science Photo Library/PR
[Okvir/slike na stranici 9]
SPOSOBNOSTI KOJE SU SVOJSTVENE SAMO LJUDIMA
Specifična područja mozga koja se nazivaju centri za govor obdaruju ljude zadivljujućom sposobnošću komuniciranja. Izgleda da se ono što želimo reći organizira u području lijeve moždane hemisfere poznatom kao Wernickeovo područje (1). Ono izmjenjuje informacije s Brokinim područjem (2), koje taj sadržaj prilagođava gramatičkim pravilima. Impulsi zatim stižu u obližnja motorička područja koja upravljaju mišićima lica i pomažu nam da oblikujemo odgovarajuće riječi. Ta su područja povezana i s vidnim centrima u mozgu, tako da možemo čitati; sa slušnim centrima, tako da možemo čuti, razumjeti i odgovoriti na ono što nam netko kaže, no ne smijemo zaobići niti njihovu povezanost s našom bankom sjećanja, koja nam omogućava pohranjivanje korisnih misli. ”Ono što ljude čini uistinu različitim od životinja”, komentira brošurica Journey to the Centres of the Brain, ”jest njihova sposobnost da nauče zapanjujuće mnogo vještina, činjenica i pravila, ne samo onih koje se odnose na fizičke stvari u svijetu koji ih okružuje već napose o drugim ljudima i o tome zašto se ponašaju baš tako kako se ponašaju.”
[Slike na stranici 7]
Različita područja u mozgu obrađuju informacije vezane za boju, oblik, obris i izgled, a ujedno prate kretnje
[Zahvala]
Parks Canada/ J. N. Flynn