Mózg — „coś więcej niż komputer”

INNYM niezwykłym narządem jest mózg ludzki. Razem z pozostałym układem nerwowym często bywa przyrównywany do komputera. Oczywiście komputer jest dziełem człowieka i działa punkt po punkcie według zaprogramowanych instrukcji. Tymczasem wielu nie wierzy, żeby jakaś inteligencja opracowała „układ elektroniczny” w mózgu ludzkim i go „zaprogramowała”.

Nawet niezmiernie szybkie komputery potrafią się uporać tylko z jedną informacją na raz. Natomiast układ nerwowy człowieka przetwarza w jednej chwili miliony informacji. Na przykład podczas wiosennego spaceru można się cieszyć pięknem krajobrazu, słuchać śpiewu ptaków i upajać wonią kwiatów. Wszystkie te przyjemne wrażenia są przekazywane do mózgu jednocześnie. W tym samym czasie z receptorów czuciowych kończyn nieprzerwanie płyną do mózgu strumienie informacji, powiadamiając go o aktualnej pozycji nóg i stanie wszystkich mięśni. Oczy dostrzegają przeszkody na ścieżce. Uwzględniając wszystkie te informacje, mózg czuwa, żebyśmy stawiali kroki bez zakłóceń.

Przez cały ten czas niżej położone ośrodki mózgu zarządzają biciem serca, oddychaniem i innymi czynnościami życiowymi. Ale to jeszcze nie wszystko. Spacerując, można coś nucić, mówić, porównywać oglądane widoki z tymi, które się widziało dawniej, lub snuć plany na przyszłość.

„Mózg”, powiedziano w The Body Book, „to coś więcej niż komputer. Żaden komputer nigdy nie czuł, że się nudzi lub marnuje zdolności i że wobec tego powinien zmienić styl życia. Nie potrafi też dokonać drastycznych zmian w swoim programie; nie jest w stanie wykonać nowych operacji, zanim nie zostanie inaczej zaprogramowany przez kogoś, kto ma mózg. (...) Komputer nie umie odpoczywać ani marzyć czy się śmiać. Obce mu są również takie pojęcia, jak natchnienie i twórczość. Nie ma świadomości ani nie rozumie znaczenia spraw. Nie potrafi się zakochać”.

Najbardziej zdumiewający ze wszystkich mózgów

Takie zwierzęta, jak słoń i niektóre olbrzymy morskie, mają mózg większy niż człowiek, ale w stosunku do rozmiarów ciała mózg ludzki jest największy. Richard Thompson pisze w książce The Brain, że chociaż „goryl jest większy niż człowiek, to jednak jego mózg jest cztery razy mniejszy niż mózg ludzki”.

Liczba rozmaitych powiązań między neuronami (komórkami nerwowymi) w mózgu ludzkim jest astronomiczna, dlatego że neurony mają wiele wzajemnych połączeń; jeden neuron może być powiązany z ponad 100 000 innych. „Liczba możliwych połączeń w naszym mózgu jest w gruncie rzeczy nieskończona” — pisze Anthony Smith w książce The Mind. Jest większa „niż suma wszystkich cząstek elementarnych składających się na znany nam wszechświat” — mówi neurolog R. Thompson.

Jest jednak coś jeszcze bardziej godnego uwagi. Chodzi o sposób połączenia tej rozległej sieci neuronów, który umożliwia ludziom myślenie, mówienie, słuchanie, czytanie oraz pisanie — i to wszystko w dwóch lub więcej językach. „Mowa jest główną cechą odróżniającą ludzi od zwierząt” — napisał Karl Sabbagh w książce The Living Body. W porównaniu z mową człowieka porozumiewanie się zwierząt jest bardzo proste. Różnica ta, przyznaje ewolucjonista Sabbagh, „nie polega tylko na niewiele znaczącym udoskonaleniu zdolności zwierząt do wydawania dźwięków. Chodzi o podstawową cechę, która sprawia, że ludzie są ludźmi, i która znajduje odzwierciedlenie w istotnych różnicach w budowie mózgu”.

Zdumiewająca struktura mózgu ludzkiego skłoniła wielu do lepszego wykorzystania jej możliwości, zdobyli bowiem kwalifikacje w jakimś zawodzie, nauczyli się gry na instrumencie muzycznym, opanowali obcy język lub rozwinęli jakąś inną zdolność, która im uprzyjemnia życie. „Zdobywając nowe umiejętności”, piszą doktorowie R. i B. Bruun w książce The Human Body (Ciało człowieka), „pobudza się neurony do łączenia się w nowy sposób (...). Im więcej człowiek korzysta z mózgu, tym sprawniejszy on się staje”.

Kto go stworzył?

Czy coś tak wysoce zorganizowanego i uporządkowanego, jak ręka, oko i mózg, mogło powstać przypadkiem? Jeżeli wynalezienie narzędzi, komputerów i błony fotograficznej przypisuje się człowiekowi, to z pewnością powinno się też przypisać komuś zasługę stworzenia o wiele bardziej wszechstronnych narządów, jak ręka, oko i mózg. „Jehowo”, powiedział psalmista, „Ciebie będę opiewać, gdyż uczyniony jestem cudownie, w sposób przejmujący lękiem. Dzieła Twoje są zdumiewające, o czym bardzo dobrze wie dusza moja” (Psalm 139:1, 14).

Nasze ciało spełnia wiele zadziwiających funkcji bez świadomego wysiłku z naszej strony. W następnych numerach niniejszego czasopisma omówimy niektóre spośród tych zdumiewających mechanizmów.

[Ramka na stronie 10]

Zdumiewające neurony

NEURON jest komórką nerwową ze wszystkimi dokonującymi się w niej procesami. Nasz układ nerwowy składa się z około 500 miliardów neuronów różnego rodzaju. Niektóre są receptorami czuciowymi, przekazującymi informacje z poszczególnych części ciała do mózgu. Neurony w wyższych piętrach mózgu działają podobnie jak magnetowid. Nieustannie gromadzą informacje odbierane przez oczy i uszy. Po latach można „odtworzyć” te obrazy i dźwięki wraz z myślami i innymi wrażeniami, których żadne urządzenie wyprodukowane przez człowieka nie zdołałoby utrwalić.

Pamięć ludzka pozostaje do tej pory tajemnicą. Wiemy, że ma coś wspólnego ze sposobem łączenia się neuronów. „Przeciętna komórka mózgowa”, pisze Karl Sabbagh w książce The Living Body, „łączy się mniej więcej z 60 000, a niektóre z nich nawet z ćwierć milionem innych komórek. (...) W połączeniach między komórkami nerwowymi mózgu ludzkiego mogłoby się pomieścić co najmniej 1000 razy więcej informacji niż w największej encyklopedii, mającej jakieś 20 do 30 grubych tomów”.

A w jaki sposób jeden neuron przekazuje informacje do drugiego? Zwierzęta o prostym układzie nerwowym mają wiele komórek nerwowych, które są ze sobą połączone. W takim wypadku impuls elektryczny przechodzi przez most łączący jeden neuron z drugim. To połączenie nazywa się synapsą elektryczną. Jest szybkie i proste.

Może to dziwne, ale większość neuronów w organizmie człowieka przekazuje informacje przez synapsy chemiczne. Tę wolniejszą, a zarazem bardziej złożoną metodę można zilustrować na przykładzie pociągu docierającego do rzeki, przez którą nie przerzucono mostu, tak że dalej trzeba go przewieźć promem. Kiedy impuls elektryczny dociera do synapsy chemicznej, musi się zatrzymać, ponieważ natrafia na szczelinę dzielącą dwa neurony. Tutaj sygnał zostaje „przewieziony” na drugą stronę za pomocą przekaźnika chemicznego. Po co ta skomplikowana metoda elektrochemicznego przenoszenia sygnałów nerwowych?

Naukowcy dopatrują się w synapsie chemicznej wielu zalet. Przede wszystkim gwarantuje ona przepływ sygnałów w jednym kierunku. Poza tym uznaje się ją za elastyczną, gdyż zarówno jej sposób działania, jak i strukturę można łatwo zmienić. Sygnały mogą być w niej przekształcane. Przez używanie niektóre synapsy chemiczne się wzmacniają, podczas gdy inne, nie wykorzystywane, zanikają. Richard Thompson pisze w książce The Brain, że „w układzie nerwowym, który miałby tylko synapsy elektryczne, zdolność uczenia się i zapamiętywania nie mogłaby się rozwinąć”.

Autor wielu publikacji naukowych Anthony Smith pisze w książce The Mind (Umysł): „Działanie neuronów nie polega na samym dawaniu lub niedawaniu sygnału (...) Muszą być zdolne do przekazywania o wiele konkretniejszych informacji niż tak lub nie. Nie można ich przyrównać do młotków wbijających szybciej lub wolniej następny gwóźdź. Przypominają raczej, jeśli już pozostać przy tym przykładzie, komplet narzędzi ciesielskich, zawierający śrubokręty, szczypce, cęgi, podbijaki — i młotki. (...) Każdy impuls nerwowy jest po drodze przekształcany, a dzieje się to właśnie w synapsach”.

Synapsa chemiczna ma jeszcze dodatkową zaletę. Zajmuje mniej miejsca niż synapsa elektryczna, co wyjaśnia, dlaczego mózg ludzki ma tak dużo tych styków. W czasopiśmie Science wymieniono liczbę 100 000 000 000 000 — co odpowiada liczbie gwiazd w setkach galaktyk, takich jak Droga Mleczna. „Jesteśmy tym, czym jesteśmy”, dodaje neurolog R. Thompson, „ponieważ nasz mózg jest w gruncie rzeczy urządzeniem chemicznym, a nie elektrycznym”.

[Ramka na stronie 12]

Dlaczego mózg potrzebuje tyle krwi

ZANIM wskoczysz do basenu pływackiego, być może zanurzasz palce nogi w wodzie. Jeśli jest zbyt chłodna, od razu reagują rozmieszczone w skórze mikroskopijne receptory zimna. W ułamku sekundy mózg rejestruje temperaturę. Receptory bólowe mogą przekazywać informacje jeszcze szybciej. Niektóre sygnały nerwowe osiągają prędkość 360 kilometrów na godzinę, czyli 100 metrów na sekundę.

Ale jak mózg ustala intensywność wrażenia zmysłowego? Między innymi przez określenie częstotliwości, z jaką neuron wysyła impulsy; niektóre komórki nerwowe przekazują tysiąc lub więcej impulsów na sekundę. Ogromna aktywność neuronów w mózgu byłaby jednak niemożliwa bez pracy pomp i siłowni.

Za każdym razem, gdy neuron wysyła impuls, do komórki przenikają atomy obdarzone ładunkiem elektrycznym, zwane jonami. Gdyby te jony sodu mogły się swobodnie gromadzić, neuron stopniowo utraciłby zdolność wysyłania impulsów. Jak ten problem został rozwiązany? „W każdym neuronie”, wyjaśnia w książce The Mind Anthony Smith, pisarz zajmujący się problematyką naukową, „jest około miliona pomp — małych zgrubień na błonie komórkowej — z których każda może co sekundę wymienić około 200 jonów sodu na 130 jonów potasu”. Pompy te nie przestają pracować nawet wtedy, gdy neurony pozostają w stanie spoczynku. Dlaczego? Aby przeciwdziałać efektowi przepływania jonów sodu do wnętrza komórki i wypływania z niej jonów potasu.

Działanie wspomnianych pomp wymaga ciągłego dopływu energii. Pochodzi ona z mikroskopijnych mitochondriów, czyli „siłowni” rozmieszczonych wewnątrz komórki. Do wytworzenia energii każda taka „siłownia” potrzebuje dostarczanego przez krew tlenu i glukozy. Nic więc dziwnego, że mózg musi być dobrze ukrwiony. Richard Thompson pisze w książce The Brain: „Mimo że waga mózgu wynosi tylko około 2 procent wagi całego ciała, potrzebuje on 16 procent ogólnego zaopatrzenia w krew. (...) Tkanka mózgowa otrzymuje więc 10 razy więcej krwi niż tkanka mięśniowa”.

Kiedy przy najbliższej okazji będziesz sprawdzać temperaturę wody, pomyśl z wdzięcznością o bilionach pomp i siłowni w mózgu. Pamiętaj też, że działanie tego wszystkiego możliwe jest tylko dzięki tlenowi i glukozie, które przenosi krew.

[Ilustracja na stronie 9]

Mózg ludzki przetwarza miliony bitów informacji jednocześnie. Gdy się poruszasz, receptory czuciowe kończyn powiadamiają mózg o aktualnej pozycji obu rąk i stanie wszystkich mięśni

[Ilustracja na stronie 11]

Mózg jest o wiele bardziej skomplikowany i wszechstronny niż komputer