Mózg. Podręcznik użytkownika - ebook

Na początek

NA POCZĄTEK

Gratulujemy nabycia wyjątkowego, spersonalizowanego produktu. Prosimy o uważne zapoznanie się z podręcznikiem użytkownika i przechowywanie go w bezpiecznym miejscu, by móc odwoływać się do niego w razie potrzeby.

Twój mózg świadczy ci niepowtarzalne i niezastąpione usługi. Jednoczesna zdolność układu zmysłowego do percepcji otoczenia i układu nerwowego do kontroli aparatu ruchu oraz świadomość potrafiąca dokonywać ocen i podejmować decyzje zapewniają ci długie lata nieprzerwanego istnienia.

Jak mawiał słynny wynalazca Thomas Alva Edison, „ciało służy do noszenia mózgu”. To nietypowy sposób wyrażenia myśli, że jesteśmy swoimi mózgami.

Świat zarzucony jest milionami instrukcji. Tylko na stronie www.manualsonline.com znajdziemy ich ponad 700 tysięcy. Można z nich nauczyć się obsługi dowolnego urządzenia, od zamrażarki po kosiarkę, od elektrycznej szczoteczki do zębów po automatyczną bramę do garażu. Jednak w tym mikrokosmosie drobiazgowych informacji nie zwraca się uwagi na najważniejszą ze wszystkich maszyn, którą każdy z nas ma do dyspozycji.

Mózg jest maszyną. Przynajmniej w tym sensie, że wykonuje skomplikowaną serię równoległych obliczeń, by w czasie rzeczywistym dekodować informacje docierające do niego z licznych wzajemnie powiązanych peryferyjnych urządzeń zmysłowych, z których najbardziej skomplikowany jest wzrok. Odpowiedź mózgu można porównać do algorytmu, jakby umysł był oprogramowaniem działającym na sprzęcie mózgowym.

Mózg nie jest jednak komputerem w sensie dosłownym. Nie jest ani hardware’em ani software’em. Niektórzy nazywają go wetware’em – słowo wet (mokry) podkreśla biologiczną naturę mózgowego komputera.

To najwspanialszy – i najbardziej tajemniczy – owoc ewolucji. Jest wspaniały, ponieważ w całym wszechświecie nic nie może się z nim równać pod względem złożoności. Utworzony jest z tych samych atomów układu okresowego, z których składają się gwiazdy, cierpliwie ułożonych tak, by mogły powstawać myśli, słowa i czyny. A w konsekwencji mnóstwo innych rzeczy: od historii po filozofię, od muzyki po naukę.

Jest zaś tajemniczy, ponieważ nauka – wytwór samego mózgu – wciąż nie wie o nim wystarczająco dużo. A właściwie nie wie prawie nic. Nie tylko nie wiadomo zbyt dużo na temat jego funkcjonowania, ale nie ma nawet zgody co do tego, czym on właściwie jest. Tym bardziej nie ma zgody co do znaczenia świadomości, najbardziej niezwykłej z jego cech, będącej przez stulecia zarzewiem nieporozumień i zażartych sporów, i to nie tylko wśród teologów i filozofów. Do dziś nie zapanowała jednomyślność w kwestii regularnego tracenia świadomości, które nazywamy snem. Istnieje ponad dwadzieścia alternatywnych teorii co do tego, czemu mózgowie ma potrzebę zasypiania (choć nie przerywa w tym czasie pracy). A skoro już przy tym jesteśmy, nie ma też jasności co do natury zaburzeń snu i ich niebezpiecznych konsekwencji, takich jak depresja. Zresztą nie zgadzamy się również co do istoty depresji – i tak dalej, i tak dalej.

Jednak co nieco też wiemy. Pierwsi filozofowie zastanawiali się, czy umysł mieści się w mózgu czy w sercu, i za tym drugim opowiadały się słynne autorytety, jak choćby Arystoteles. Dzisiaj wiemy już, że mózg stanowi centrum dowodzenia układu nerwowego u wszystkich kręgowców i u sporej części bezkręgowców. Znamy stadia jego ewolucji. Wiemy, z czego się składa. Wiemy, że w każdej jego komórce znajduje się kod genetyczny, i potrafimy ten kod odczytać. Mamy nowe metody badawcze, takie jak fMRI (funkcjonalny rezonans magnetyczny) czy MEG (magnetoencefalografię), które pozwalają obserwować aktywność poznawczą mózgu. W sensie retrospektywnym, poznajemy ten system z zawrotną prędkością.

Instrukcja obsługi lodówki pisana jest przez jej konstruktora. Gdy mówimy o mózgu, będącym owocem milionów lat ewolucji, jego tajemnicę mogą odkryć jedynie wnioski wywiedzione z całych pokoleń ludzkich umysłów. Inteligencja stara się tu zrozumieć samą siebie, jakby była to nieuchronna ewolucja ewolucji.

Wyczerpujący tom, podsumowujący wszystko, co nam wiadomo o mózgu – lub co wydaje nam się, że wiadomo – byłby olbrzymi i zrozumiały tylko dla neurobiologów. Tymczasem niniejszy podręcznik jest przeznaczony dla zwykłych użytkowników ludzkiego mózgu. Zawiera zestaw uproszczonych wyjaśnień tego najbardziej skomplikowanego mechanizmu świata, ale też – mam nadzieję – praktyczną instrukcję ułatwiającą codzienne korzystanie z tego urządzenia.

„Gdyby ludzki umysł był dość prosty, by można go było pojąć, bylibyśmy zbyt prości, by to zrobić” – głosi słynna maksyma, tak słynna, że jej autorstwo przypisuje się trzem różnym osobom¹.

Jesteśmy jednak przekonani, że ostatecznie ród ludzki zatriumfuje. To tylko kwestia czasu. Może nie jutro, ale za dwadzieścia, sto czy dwieście lat mózgi Homo sapiens zdołają zrozumieć mózg. Zajmie im to jednak, licząc od początku ich ewolucji, kilkaset stuleci.

Przewodnik ten – jak instrukcja obsługi dowolnego produktu – nie zagłębia się w mroki naszej przeszłej niewiedzy ani w światłość niewyobrażalnej dziś przyszłej wiedzy. Zajmuje się tym, jak można realnie wykorzystywać ludzki mózg już dzisiaj. A można znacznie, znacznie szerzej, niż ludzie sądzą.

Postęp technologiczny oraz niezwykła liczba odkryć neurobiologicznych w ostatnich dwudziestu latach codziennie potwierdzają intuicję jednego z ojców neuronauk Santiaga Ramóna y Cajala, zapisaną w zamierzchłym 1897 roku: „Każdy człowiek, jeśli tylko zechce, może zostać rzeźbiarzem własnego mózgu”. Dobrze, by mózg twój – i każdego innego użytkownika – znał różne swoje mechanizmy.

1. Cytat ten został przypisany Emersonowi Pughowi przez jego syna George’a w książce The Biological Origin of Human Values. Był też jednak przypisywany Larry’emu Changowi w książce Wisdom for The Soul i matematykowi Ianowi Stewartowi.1.0 Ogólny przegląd produktu

1.0 Ogólny przegląd produktu

W każdej upływającej sekundzie – z tą włącznie – nasz ośrodkowy układ nerwowy (zwany popularnie „centralnym”) działa jak laboratorium, w którym zachodzą miliony reakcji chemicznych, mimo że nawet nie zdajemy sobie z tego sprawy. Reakcje te są swoistym językiem, w którym mózg odbiera, przetwarza i przekazuje informacje.

Od dawna mózg postrzega się jako maszynę. Ponieważ każda idea jest wytworem swych czasów, Kartezjusz porównał go do pompy hydraulicznej, Zygmunt Freud do silnika parowego, a Alan Turing do komputera. Jak się pewnie domyślacie, Turing był najbliższy prawdy. Mózg nie działa całkiem tak jak komputer, ale podobieństwa są niezaprzeczalne.

Jeden i drugi przekazują informacje za pośrednictwem sygnałów elektrycznych. W komputerze są one cyfrowe (wyrażone w binarnym systemie zero-jedynkowym), w mózgu zaś analogowe (wyrażone w zmiennym spektrum miliwoltów). Sprawa jest jednak bardziej skomplikowana, ponieważ jeśli suma analogowych wiadomości przekracza pewien próg, neuron „odpala” i przekazuje impuls elektryczny dalszym komórkom nerwowym. Jeśli natomiast próg nie zostaje osiągnięty, nic się nie dzieje. Jest to więc także system binarny: „tak” albo „nie”, włączony albo wyłączony.

Oba zajmują się dokonywaniem obliczeń. O ile jednak komputer stosuje metodę seryjną, to znaczy liczy według uprzednio ustalonej sekwencji, o tyle mózg działa w trybie równoległym, wykonując mnóstwo obliczeń jednocześnie. Z drugiej strony mikroprocesory graficzne (zwane GPU) wkraczają już w technologię równoległą.

Oba potrzebują energii: komputer w postaci elektronów, mózg w postaci tlenu i glukozy .

U obu można rozbudowywać pamięć: w komputerze wystarczy dodać lub wymienić krzemowe banki pamięci, w mózgu wystarczy zwiększyć liczbę połączeń synaptycznych przez uczenie się, ćwiczenia, powtarzanie.

Oba ewoluowały w czasie. Komputer gwałtownie, co dwa lata podwajając swoje moce obliczeniowe. Mózgowi Homo sapiens (powstałemu z prymitywnego mózgu prymitywnych bezkręgowców) zajęło to 500 milionów lat, tak że w ciągu ostatnich 50 tysięcy nie zmienił się szczególnie. To wciąż ten sam model podstawowy, którym wszyscy dysponujemy, Drodzy Użytkownicy.

Przez wieki i milenia sądzono, że – pomijając okres dzieciństwa, kiedy uczymy się mówić i chodzić – ludzki mózg jest zasadniczo statyczny i niezmienny; że fizycznego urazu mózgu nie da się w żaden sposób naprawić; że dziecko mające trudności w nauce jest skazane na trwałe ograniczenia umysłowe, co zresztą umacniało nierówności społeczne. Uważano, że złe nawyki i uzależnienia to przekleństwo, które pozostaje z człowiekiem na całe życie, albo że osiemdziesięciolatek nie może mieć równie dobrej pamięci, co pięćdziesięciolatek.

Dopiero w latach siedemdziesiątych XX wieku zaczęliśmy odkrywać, że prawda jest zupełnie inna: mózg nieustannie się zmienia. Przemiana stanowi wręcz istotę jego funkcjonowania. Konsekwencje tej cechy, zwanej neuroplastycznością, są wręcz niewyobrażalne. Mózg jest potężnym, asynchronicznym i równoległym komputerem, w dodatku zdolnym samodzielnie regulować swój hardware.

Na hardware ten, utworzony z genialnie ułożonych atomów i cząsteczek, składa się około 86 miliardów neuronów w ważącym półtora kilograma mózgowiu. Ponieważ każdy z tych neuronów może aż 200 razy na sekundę odpalić, zalewając sygnałami tysiące neuronów do niego przylegających, według niektórych szacunków mózg potrafi dokonywać nawet 38 milionów operacji na sekundę. Przekonanie, że ludzie wykorzystują tylko 10 procent swojego mózgu, to bzdura. A najwspanialsze, że robiąc to wszystko, mózg nie zużywa nawet 13 watów. Żaden superkomputer nie jest jeszcze w stanie dorównać mocy obliczeniowej ludzkiego mózgu (przy czym formami „obliczeń” są również wzrok, słuch czy wyobraźnia), a tym bardziej jego niezwykłej wydajności energetycznej. A to dopiero początek.

Prawie wszystkie komórki w ludzkim ciele bez końca rodzą się i obumierają. Wszystkie oprócz komórek nerwowych – jedynych, które towarzyszą nam przez całe życie, od pierwszego do ostatniego dnia. Tak naprawdę właśnie one determinują, kim jesteśmy. Osobowość, zdolności i talent, wykształcenie i słownictwo, gusta i skłonności, a nawet wspomnienia są zapisane w indywidualnej architekturze neuronowej. Jest ona tak indywidualna, że nie istnieją na świecie dwa identyczne mózgi, nawet u bliźniąt.

Co więcej, rzeczona maszyna jest zdolna w pewnych granicach naprawiać swoje usterki sprzętowe. Kiedy jakiś fragment mózgu zostaje uszkodzony, mózg często potrafi się przeprogramować, odtworzyć brakujące połączenia w innym miejscu i praktycznie sam się naprawić. Dzieje się to zarówno na wielką skalę (jak w przypadku utraty wzroku, kiedy bezczynne fragmenty mózgu zaczynają służyć innym zmysłom), jak i na małą, ponieważ podczas procesu starzenia się wiele neuronów obumiera i już nie wraca. Te jednak, które pozostają przy życiu, potrafią się tak przeorganizować, by bieg lat nie niósł nam fatalnych konsekwencji.

Nie ma co marzyć o tym w przypadku krzemowego procesora, w którym niekiedy jeden wadliwy tranzystor blokuje całe urządzenie. Natomiast w razie konieczności przegrupowania synaps, czyli około 150 tysięcy miliardów połączeń między neuronami, mózg nie staje w sytuacji kryzysowej. Po prostu sam robi to spontanicznie.

Wpływ wywierany przez jeden neuron na każdy z setek innych z nim powiązanych może być bardzo silny, bardzo słaby albo pośredni, zależnie od trwałości i siły poszczególnych synaps. Poza tym, zgodnie z regułą sformułowaną w 1949 roku przez kanadyjskiego naukowca Donalda Hebba, neurons that fire together, wire together – neurony odpalające jednocześnie, złączają się. Dzięki temu mózg nieustannie się przebudowuje: tworzy nowe synapsy, wzmacnia stare, likwiduje te, które przestają być potrzebne. Wiele funkcji mózgu (przede wszystkim uczenie się) bazuje na tej ciągłej regulacji połączeń synaptycznych, ich siły i trwałości. Toteż w odróżnieniu od tego, co sądzono przez wieki, ludzki mózg bynajmniej nie jest statyczny i niezmienny:

- W niektórych przypadkach może sam się naprawiać.
- Dziecko mające „trudności z nauką” może nauczyć się uczyć. Wystarczy pokazać mu, jak to zrobić, i zachęcać je, zamiast upokarzać.
- Każdy zły nawyk, zarówno zabójczy, jak i niewinny, można porzucić. Nawet poważne uzależnienie, choćby od hazardu, można kontrolować i pokonać.
- Staruszek może mieć równie dobrą pamięć, co młodszy człowiek, jeśli nie przestanie uczyć się nowych rzeczy i ćwiczyć mózgu.
- Z drugiej strony przedłużająca się sytuacja stresowa, a tym bardziej zespół stresu pourazowego przynosi niepożądane zmiany, które przerywają połączenia mózgowe. Uwaga: czasami niepoprawne funkcjonowanie maszyny mózgowej może wynikać z choroby czy innych niepożądanych okoliczności, które wykraczają poza zakres merytoryczny tej uproszczonej instrukcji.

Użytkownik sprawnego mózgu może odkryć, że prawie zawsze za pomocą celowego działania – odwołania się do woli – jest w stanie przynajmniej w części modyfikować, poprawiać i dostrajać konfigurację synaptyczną będącą do jego dyspozycji. W praktyce oznacza to po prostu życie.

Póki nie poznaliśmy kosmitów o wyższej inteligencji od naszej, mózg Homo sapiens pozostaje najbardziej skomplikowanym, niezwykłym i fantastycznym tworem we wszechświecie. Właśnie ta złożoność pozwala neuronom na wytwarzanie myśli, pamięci i inteligencji, przystosowanych do indywidualnych potrzeb każdego użytkownika. Zdumiewa to, że ta biologiczna maszyna wciąż zdecydowanie przewyższa swoimi zdolnościami obliczeniowymi i efektywnością wszystkie komputery. Wspaniale będzie ją poznać.

1.1 Specyfikacja techniczna

1.1 SPECYFIKACJA TECHNICZNA

1.2 Wersja systemu

1.2 WERSJA SYSTEMU

Ten mózg to wersja 4.3.7 (G-3125)¹ systemu nerwowego, który wyewoluował w toku setek milionów lat genetycznych udoskonaleń, by zapewnić całościowe doświadczenie ludzkiego istnienia na tej planecie.

W sprawie upgrade’ów (obecnie niedostępnych) patrz sekcja Przyszłe wersje

1. Oznaczenie numeru wersji 4.3.7 (G–3125):
4 → bezkręgowce/kręgowce/ssaki/naczelne
3 → człowiekowate/australopiteki/homo
7 → Homo habilis/Homo ergaster/Homo erectus/Homo antecessor/Homo heidelbergensis/Homo sapiens/Homo sapiens sapiens
G–3125 → (szacunkowa) liczba generacji od pojawienia się mózgu człowieka współczesnego (Homo sapiens sapiens) do ukształtowania się waszego mózgu.2.0 Elementy składowe

2.0 Elementy składowe

Pod względem anatomicznym mózg wydaje się pojedynczym tworem, jednak tak nie jest. Często też przedstawia się go w postaci samej sieci neuronów, co również jest zbytnim uproszczeniem. Jeśli już, moglibyśmy powiedzieć, że to sieć sieci sieci.

W ramach każdej komórki mózgowej, czyli neuronu, można dostrzec mikroskopijną sieć podstawową, zarządzaną przez instrukcje genetyczne, które zawiera sama komórka, i obsługiwaną przez miliony kanałów jonowych, pomp sodowo-potasowych i innych urządzeń chemicznych, które regulują potencjał błony, czyli różnicę potencjałów elektrycznych między wnętrzem a zewnętrzem komórki. W rzeczywistości jednak ta samotna jednostka obliczeniowa do niczego nie służy. Neuron zyskuje całą swoją moc dopiero w połączeniu z innymi neuronami. Nie bez przyczyny informacje nie są zakodowane w samych komórkach mózgowych, lecz w powiązaniach między nimi, czyli w synapsach.

Typowy neuron może mieć tysiące powiązań z tysiącami neuronów postsynaptycznych. Przylegające neurony organizują się w jądra (jednostki funkcjonalne, na przykład w podwzgórzu – będącym wielkości migdała – jest ich ponad piętnaście, a każde ma swoje zadania) albo łączą się w łańcuch, tworząc obwody mózgowe, które sprawują kontrolę nad różnymi funkcjami mózgu, takimi jak sen czy koncentracja. Tak zaś jak z licznych neuronów powstaje obwód, liczne obwody łączą swe moce wykonawcze, by dawać tak różne skutki jak język czy empatia. To ta monumentalna sieć sieci generuje świadomość i inteligencję.

System ten nie byłby tak efektywny, jak jest, gdyby nie inna, równoległa sieć, z którą jest ściśle związany: sieć komórek glejowych, która odpowiada za odżywianie, dostarczanie tlenu i oczyszczanie neuronów, a przede wszystkim decyduje o niezwykłej szybkości ruchu na aksonach – neuronowych autostradach – pokrywając je białawym tłuszczem, zwanym mieliną, który, mówiąc w skrócie, wzmacnia przesyłany sygnał. Kora mózgu, w odróżnieniu od jąder złożona z sześciu hierarchicznych warstw, zawdzięcza swoją skuteczność wielkiej szybkości przesyłu sygnałów na wielkich odległościach. Dość powiedzieć, że całkowita długość włókien mielinowych w mózgu (poczynając od ciała modzelowatego, czyli pasma substancji białej, łączącego półkule) wynosi około 150 tysięcy kilometrów. To prawie czterokrotność obwodu Ziemi na równiku.

Można by dodać, że w tej sieci o niezwykłym stopniu złożoności półkule lewa i prawa (rządzące czynnościami przeciwległych części ciała) grają do jednej bramki, podobnie jak cztery płaty i różne obszary czynnościowe kory (rządzące myśleniem i funkcjami wykonawczymi) oraz pozostałe elementy maszyny mózgowej, różniące się liczbą i jakością tworzących je neuronów – każdy na swoim miejscu, mający swoją hierarchię i wypełniający swoją misję. Innymi słowy, sieć mózgowa składa się z licznych „podsieci”.

Wielka piramida w Gizie, Mona Lisa, Requiem Mozarta, odkrycie grawitacji czy ewolucji to tylko niektóre przykłady cudów, które zawdzięczamy neuronom, układającym się w supersieć ludzkiego umysłu.

2.1. Neuron

2.1 NEURON

Według niektórych szacunków ciało mężczyzny o średniej wadze złożone jest z około 37 tysięcy miliardów komórek. Niezależnie od tego, czy mowa o filigranowej kobiecie czy atletycznie zbudowanym dwudziestolatku, do skonstruowania każdego egzemplarza człowieka potrzebna jest wręcz niewyobrażalna liczba biologicznych cegiełek. W całym tym natłoku komórek, od kości po krew, od wątroby po skórę, jedna grupa wyróżnia się szczególnie: komórki nerwowe, czyli neurony.

Cegiełki, z których zbudowany jest mózg, mają zdumiewające właściwości. Zacznijmy od tego, że są pobudliwe elektrycznie i że w zawikłanej sieci o setkach tysięcy miliardów połączeń przekazują impulsy elektryczne i chemiczne w tempie setek kilometrów na godzinę w ciągu kilku milisekund.

Ich liczbę w mózgowiu szacuje się na 86 miliardów¹ i towarzyszą nam one od narodzin aż do śmierci; w odróżnieniu od wszystkich pozostałych komórek przeważająca część neuronów pozostaje z nami przez całe życie. Właśnie przewodzenie sygnałów elektrochemicznych przez skomplikowaną sieć komórek mózgowych pozwala ci w tej chwili czytać słowa książki i rozumieć jej tekst. Dzięki tej sieci powstają wspomnienia, pomysły, uczucia. I wiele, wiele więcej.

Ciało komórki neuronu, zwane somą, ma szalenie małe wymiary (najmniejsze ma 4 mikrometry, czyli 4 milionowe części metra, szerokości), chociaż w niektórych przypadkach komórka może rozciągać się na długość na wiele centymetrów – dziesiątki tysięcy razy dalej. Te wypustki nazywają się aksonami. Każdy neuron ma tylko jeden akson, który niczym kabel transmisyjny przenosi informację z danej komórki do innych neuronów. Z drugiej zaś strony znajdują się inne, krótsze wypustki, dendryty; neuron ma bardzo dużo takich rozgałęzionych dendrytów, które wychwytują informacje i wprowadzają je do komórki jak kable odbiorcze.

Neurony mogą przyjmować różne kształty – znamy ponad dwieście typów – jednak największe zróżnicowanie dotyczy ich funkcji w sieci mózgowej. Neurony czuciowe (zwane również aferentnymi czy dośrodkowymi) odbierają sygnały płynące z narządów, takich jak oczy i skóra, do ośrodkowego układu nerwowego. Neurony ruchowe natomiast (eferentne, odśrodkowe) przekazują sygnały motoryczne z ośrodkowego układu nerwowego przez kręgosłup ku narządom obwodowym (peryferyjnym), na przykład palcom stopy. Interneurony – czyli wszystkie pozostałe – wyczarowują cud inteligencji za pomocą monumentalnej sieci zawiłych powiązań.

W mózgu Homo sapiens liczba tych synaps jest przeogromna. Synapsa składa się z końcówki nadawczej, końcówki odbiorczej i przestrzeni między nimi, zwanej szczeliną synaptyczną.

Rozmowa neuronów generowana jest przez serię różnych cząsteczek – neuroprzekaźników, które zostają uruchomione na życzenie komórki. Rozkaz ten przybywa w postaci potencjałów czynnościowych, trwających kilka milisekund zmian napięcia elektrycznego, które prowadzą do wydzielenia neuroprzekaźników (takich jak dopamina, serotonina czy noradrenalina) w kierunku komórki odbiorczej. Kiedy w neuronie powstaje potencjał czynnościowy, neuron „odpala” i wysyła sygnał do neuronów odbiorczych, skłaniając je do aktywacji lub zamilknięcia.

Do tego już dostatecznie skomplikowanego systemu komunikacyjnego należy dodać jeszcze oscylacje neuronalne, lepiej znane jako fale mózgowe. Mowa o regularnym rytmie pracy obejmującym całe obszary mózgu, zróżnicowanym pod względem częstotliwości (mierzonej w hercach, czyli cyklach na sekundę) i zależnym od stopnia pobudzenia (od głębokiego snu po ekscytację), a odkrytym w latach dwudziestych XX wieku, gdy skonstruowano pierwsze elektroencefalografy.

Sieć neuronowa dysponuje równoległym systemem komunikacji, synapsą elektryczną. W porównaniu z chemiczną jest ona znacznie szybsza, „cyfrowa” (nadaje tylko sygnały on lub off). Jest pozbawiona długich aksonów i wiąże tylko przylegające neurony, często somę z somą. Obejmuje tylko jądra lub grupy neuronów zebranych w wyspecjalizowane szlaki nerwowe, które można porównać do orkiestr grających różne partytury. Wzdłuż tych szlaków neurony połączone są synapsami chemicznymi, ale także elektrycznymi, które koordynują działanie orkiestry, złożonej z milionów muzyków-neuronów. Ciągły, zsynchronizowany impuls elektryczny płynący między tymi komórkami to właśnie fala mózgowa.

Obecnie wiadomo, że fale mózgowe, które z początku badano ze względu na ich ścisły związek z mechanizmem snu, odgrywają zasadniczą rolę w przewodnictwie nerwowym, funkcjach kognitywnych i behawioralnych – co najmniej dlatego, że synchronizują i nadają tempo gry każdej z neuronowych orkiestr. Być może jednak mają więcej zadań. Rytm fal mózgowych może być nawet powiązany z tajemnicą świadomości, choć nie mamy na to jeszcze ostatecznych dowodów.

2.1.1 Dendryty

2.1.1 Dendryty

To najgęstszy, najbardziej splątany las, jaki kiedykolwiek widzieliście. Miliardy drzew, setki miliardów gałęzi i tysiące miliardów liści, wszystkie połączone ze sobą tak, by mogły przesyłać informacje z jednego krańca lasu na drugi. Jest to las zaczarowany – po części ze względu na jego niezwykłe piękno, po części ze względu na magiczne zdolności.

Dendryty neuronu, zakończenia odbiorcze komórki nerwowej, tak bardzo przypominają drzewa, że wzięły od nich swą nazwę (dendron oznacza po grecku „drzewo”). Rozchodzą się we wszystkie strony niczym gałęzie, nadając neuronom, zależnie od ich typu, wygląd sosny lub dębu, baobabu albo sekwoi.

Następnie mamy liście, w przypadku dendrytów nazywane kolcami². Tak jak liście drzew są odbiornikami światła słonecznego, które uruchamia fotosyntezę, dendryty i ich kolce są odbiornikami informacji, które pochodzą od zakończeń nadawczych innych neuronów (nie wszystkie neurony mają dendryty z kolcami).

Jak w prawdziwym lesie gałęzie i liście drzew neuronowych nigdy nie pozostają w bezruchu. Dopiero w ostatnich dziesięciu latach potwierdzono kluczową rolę dendrytów i ich kolców w neuroplastyczności, to znaczy zdolności mózgu do nieustannego dostosowywania połączeń neuronowych w związku z wprowadzanymi danymi. Uczenie się i pamięć zależą od siły lub słabości połączeń synaptycznych, a także od budowania i adaptacji nowych kolców i nowych dendrytów.

Neuroplastyczność nie jest własnością abstrakcyjną; polega na fizycznych zmianach, zachodzących w mózgu wraz z pojawianiem się nowych gałęzi i liści czy utratą „wyschłych”. Procesy takie zachodzą w każdym lesie na świecie: i roślinnym, i mózgowym.

2.1.2 Soma

2.1.2 Soma

Centrum zarządzania neuronu, zwanym somą, jest ciało komórki nerwowej, z którego wyrastają dendryty i akson. Generuje ono potrzebną energię, wytwarza elementy składowe, a potem je montuje. Z zewnątrz otoczone jest błoną z tłuszczów i łańcuchów aminokwasów, która chroni neuron przed środowiskiem zewnętrznym. Wewnątrz znajduje się bateria wyspecjalizowanych mechanizmów, poczynając od jądra komórkowego, spełniającego funkcje archiwum i fabryki w jednym: przechowuje DNA, które zawiera wszystkie informacje potrzebne, by budować konieczne do życia białka, oraz wytwarza RNA, za którego pośrednictwem owe białka się syntetyzuje.

Mitochondria, podobnie jak w każdej komórce ciała, zużywają tlen i glukozę do wytwarzania paliwa, tzw. ATP (adenozynotrójfosforanu), i potrzebują ich w ogromnych ilościach. Żadna inna komórka nie ma aż takiego apetytu jak neuron.

2.1.3 Akson

2.1.3 Akson

Podczas gdy dendrytów jest bardzo dużo, akson jest tylko jeden. Każda komórka mózgowa ma tylko jedną autostradę, którą posyła sygnał w świat innych neuronów.

O ile dendryty sięgają tylko najbliższych okolic ciała komórki, w promieniu kilku mikrometrów, o tyle akson może rozciągać się na dziesiątki centymetrów, co w tej skali jest gigantyczną odległością.

O ile dendryty zwężają się ku końcowi jak gałęzie drzew, o tyle akson ma stałą średnicę, póki nie dzieli się na wiele małych odgałęzień nadawczych, zwanych zakończeniami aksonu, połączonych synaptycznie z licznymi innymi neuronami.

Między końcówkami odbiorczymi i nadawczymi neuronu jest jeszcze jedna znacząca różnica: podczas gdy sygnał chemiczny, który dociera do dendrytów, może być silny, słaby lub pośredni, impuls elektryczny w aksonie albo przez niego przechodzi, albo nie – albo jest, albo go nie ma. Z tego punktu widzenia można powiedzieć, że dendryty to urządzenia analogowe, podczas gdy akson jest zasadniczo cyfrowy.

Misją aksonu jest przesyłanie informacji nie tylko na duże odległości, ale także z ogromną prędkością. W skrajnych przypadkach sygnał może osiągnąć 720 kilometrów na godzinę, czyli 200 metrów na sekundę. Prędkość ta zależy od średnicy aksonu, a przede wszystkim od grubości otoczki mielinowej, która osłania go przed zakłóceniami z zewnątrz. Obserwuje się zależność między ilością mieliny a intensywnością wykorzystywania aksonu. W odróżnieniu od prawdziwych autostrad, których nawierzchnia zużywa się, gdy jeździ po nich wiele samochodów, autostrady neuronowe wzmacniają się pod wpływem wzrostu liczby impulsów elektrycznych.

Wszystko zaczyna się we wzgórku aksonowym, punkcie, w którym ciało komórki zwęża się, by uformować akson. Jest to ośrodek obliczeniowy dla całego procesu, gdzie odbywa się sumowanie i odejmowanie. Jeśli wynik przekracza pewną elektryczną wartość progową, powoduje to odpalenie neuronu, czyli uruchomienie potencjału czynnościowego. Potencjał elektryczny błony komórkowej zwiększa się na kilka milisekund, wybuchając niekiedy dziesiątki czy setki razy na sekundę.

W otoczce mielinowej znajdują się maleńkie, regularnie rozmieszczone przerwy (zwane węzłami Ranviera), gdzie akson jest nieosłonięty. Tamtędy, przez system kanałów, przedostają się do wnętrza komórki lub uchodzą z niej jony sodu, zwiększając potencjał czynnościowy. Dzięki temu potencjał ten dosłownie przeskakuje z jednego węzła do drugiego z prędkością, która bez mieliny nie byłaby osiągalna.

Mielina ma ogromne znaczenie dla inteligencji. Liczne schorzenia, które prowadzą do utraty tej otoczki, takie jak stwardnienie rozsiane, zaburzają przewodzenie potencjału czynnościowego, a w konsekwencji poprawną pracę mózgu.

Kolor tak zwanej substancji szarej w korze mózgu nadaje duże nagromadzenie ciał neuronów. Kolor substancji białej natomiast jest skutkiem obecności mieliny. Aksony, które tworzą materię białą ciała modzelowatego, to znaczy struktury łączącej półkule mózgowe, zajmują więcej miejsca niż wszystkie somy, dendryty i kolce razem wzięte.

2.1.4 Synapsy

2.1.4 Synapsy

Po dendrytach, somie i aksonie docieramy wreszcie na koniec neuronu: do synapsy. Jest to punkt łączący zakończenia aksonu jednego neuronu (tzw. presynaptycznego) z gałęziami, liśćmi lub ciałem innego neuronu (postsynaptycznego). Co najciekawsze, nie ma między nimi bezpośredniego kontaktu. Trzecią częścią synapsy jest bowiem znajdująca się pośrodku szczelina synaptyczna (mierząca 20–40 miliardowych metra). To tam rozpoczyna się cud zaczarowanego neuronowego lasu: w tym punkcie komórki inteligencji rozmawiają ze sobą w języku chemii.

Zakończenie aksonu przechowuje neuroprzekaźniki w małych kulkach, zwanych pęcherzykami. Na komendę potencjału czynnościowego pęcherzyki wydzielają neuroprzekaźniki, które pokonują szczelinę synaptyczną i nawiązują kontakt z receptorami drugiego neuronu, biorąc w ten sposób udział w uruchomieniu sygnału (pobudzającego lub hamującego). To tylko jeden pierścień zdumiewającego łańcucha sygnałów, które przemierzają nasze mózgowie miliony razy na sekundę, pozwalając nam zważać na przeszłość, planować przyszłość i poruszać nogami w teraźniejszości.

Podczas gdy oszacowanie średniej liczby neuronów występujących w ludzkim mózgu okazało się do pewnego stopnia możliwe, wyznaczenie liczby synaps wydaje się zadaniem niewykonalnym. Nie tylko dlatego, że są one bez porównania mniejsze od neuronów i nierozerwalnie splątane ze sobą w leśnej gęstwinie, ale też dlatego, że z biegiem życia ich liczba spada.

Neuron może być powiązany z dziesiątkami tysięcy innych neuronów, także w odległych częściach mózgu. Neuron piramidowy, najpowszechniejsza komórka w korze mózgowej i najbardziej charakterystyczna dla mózgu Homo sapiens, ma 5–50 tysięcy połączeń odbiorczych, czyli postsynaptycznych. Komórka Purkiniego – inny typ neuronu – może mieć ich nawet 100 tysięcy. Według niektórych szacunków w młodym, dorosłym mózgu jest w sumie około 150 tysięcy miliardów synaps.

Nie to jest jednak najważniejsze, lecz wybuchowa siła zaklęta w wykładniczym potencjale całej sieci.

Weźmy na przykład hipotetyczny, standardowy neuron, który wchodzi w kontakt synaptyczny z „zaledwie” tysiącem innych neuronów. Każdy z nich może być połączony z tysiącem kolejnych, tak że na drugim łączu – w ciągu kilku milisekund – informacja dociera do miliona komórek (1000 x 1000). Przy trzecim – gdyby akurat wszystkie połączone były z kolejnym tysiącem – liczba wynosiłaby już miliard (1000 x 1000 x 1000). Liczby te nie mają realnego sensu, ponieważ w rzeczywistości w grę wchodzą tu różne typy komórek, różne jądra i szlaki nerwowe, więc wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. Dają nam jednak pewien ogląd tego, jak potężny jest cały mechanizm. Podobno legendarny węgierski anatom János Szentágothai wyliczył, że pomiędzy każdym z neuronów jest tylko „sześć stopni oddalenia” (podobnie jak w filmie Szósty stopień oddalenia, który opisywał to w odniesieniu do kontaktów między wszystkimi ludźmi na świecie). Sześć stopni to jednak przypadek graniczny. Zazwyczaj oddalenie między neuronami jest mniejsze i nawet te położone po przeciwnych stronach mózgu mogą rozmawiać ze sobą z niesamowitą prędkością. Komórka może „odpalać” co kilka sekund, ale może to robić też 200 razy na sekundę.

Także synapsy są przedmiotem neuroplastyczności. Kiedyś uważane były za trwałe i niezmienne, dziś jednak wiemy, że połączenia synaptyczne mogą być słabsze lub mocniejsze, innymi słowy mniej lub bardziej zdolne do wpływania na zachowanie neuronów odbiorczych. Wszystko zależy od tego, jak bardzo używa się danej synapsy; im częściej połączenie między dwiema komórkami mózgowymi się włącza, tym potężniejsze i stabilniejsze się staje. Zjawisko to, zwane długotrwałym wzmocnieniem synaptycznym (LTP, long-term potentiation), ma ważne implikacje praktyczne dla uczenia się i zapamiętywania. Z drugiej strony wpływa także na procesy powstawania nawyków i uzależnień.

2.2 Neuroprzekaźniki

2.2 NEUROPRZEKAŹNIKI

Mózg posługuje się językiem neuroprzekaźnikowym. W dowolnej chwili – czy wtedy, gdy czytamy książkę, czy podziwiamy zachwycający widok – w naszym mózgowiu szaleje chemiczna burza. Miliony mikroskopijnych cząsteczek bez przerwy opuszczają pęcherzyki jednego neuronu, przemierzają szczelinę synaptyczną i łączą się z receptorami drugiego neuronu, a każda z tych cząsteczek niesie swoją chemiczną wiadomość. Mózg używa neuroprzekaźników, by kazać sercu bić, płucom oddychać, żołądkowi trawić. Molekuły te służą także do tego, by nakazać sen lub koncentrację, uczenie się lub zapominanie, zmobilizowanie się lub odprężenie. Wszystko to – łącznie z najbardziej racjonalnymi i najbardziej nieświadomymi aspektami ludzkiego zachowania – dzieje się za pośrednictwem zastępów neuroprzekaźników i skomplikowanych interakcji, w jakie wchodzą. Odkryto już ponad sto takich substancji, niewykluczone jednak, że jest ich więcej.

Sygnały synaptyczne mogą mieć charakter pobudzający lub hamujący zależnie od tego, jakie neuroprzekaźniki wyruszą z neuronu i jakie receptory je przechwycą. Neuron odbiorczy zaś może być połączony z tysiącami innych neuronów, więc jednocześnie odbiera impulsy z setek czy tysięcy synaps. Informacje pobudzające i hamujące zostają „zsumowane” w komórce, która – dzięki złożonemu systemowi pomp, regulującemu wpływ i wypływ jonów sodu i potasu – zachowuje stabilny spoczynkowy potencjał elektryczny błony na poziomie -70 miliwoltów. Neuroprzekaźniki pobudzające dążą do zwiększenia napięcia elektrycznego na pobliskiej błonie, podczas gdy te hamujące – do jego zmniejszenia. Jeśli wynik netto przekracza pewien poziom progowy (zazwyczaj -30 miliwoltów), komórka nerwowa uruchamia potencjał czynnościowy – impuls elektryczny przebiegający wzdłuż aksonu, by nakazać uwolnienie kolejnego strzału neuroprzekaźników. Jeśli natomiast go nie przekracza, sprawa się na tym kończy.

Matematyka przewodnictwa nerwowego wykracza jednak znacznie poza same obliczenia napięcia, ponieważ cząsteczki sygnałowe spełniają swoje własne zadania w kombinacji lub w opozycji jedna do drugiej. Wachlarz możliwości jest na tyle duży, by pozwalać nam na myślenie, wspomnienia i emocje. Szwedzki badacz Hugo Lövheim przedstawił klasyfikację krzyżujących się efektów serotoniny, dopaminy i noradrenaliny. Według tego modelu kombinacja wysokich lub niskich poziomów tych trzech cząsteczek determinuje emocje tła. Złość na przykład zakłada wysoki poziom dopaminy i noradrenaliny, a niski serotoniny.

Naturalnie rzeczywistość jest znacznie bardziej skomplikowana, choćby ze względu na wzajemne interakcje całej palety innych cząsteczek sygnałowych. A także ze względu na pewien istotny szczegół: nie jest powiedziane, że w karabinach synaptycznych czy w pęcherzykach magazynki z nabojami są zawsze pełne.

Dostępność neuroprzekaźników jest ograniczona. Po związaniu z receptorem postsynaptycznym zostają one szybko dezaktywowane, a następnie poddane recyklingowi: wchłonięte z powrotem przez pęcherzyki, które zostają w ten sposób naładowane na nowo (po angielsku nazywa się to reuptake – wychwytem zwrotnym), albo usunięte, a nawet zniszczone. Mózg może paść ofiarą niewystarczającego odtwarzania zapasów niektórych cząsteczek. Zły sposób odżywiania się, silny stres, pewne lekarstwa, narkotyki, alkohol, a także predyspozycje genetyczne wpływają na rezerwy neuroprzekaźników, zaburzając optymalne funkcjonowanie maszyny mózgowej.

Niektóre neuroprzekaźniki, takie jak dopamina, serotonina, acetylocholina i noradrenalina, działają również jako neuromodulatory. Podczas gdy neurotransmisję można porównać do lasera, który precyzyjnie trafia w neurony postsynaptyczne, neuromodulacja przypomina raczej rozpylanie spreju. Wystarczy, by neuromodulatory zostały wydzielone tylko przez kilka neuronów, a ich działanie obejmuje mnóstwo innych neuronów, modulując ich czynność na znacznym obszarze. Ponadto na neurotransmisję mogą wpływać takie hormony jak testosteron i kortyzol, biorąc udział w tętniącej już życiem aktywności synaptycznej.

Gaba

GABA

Jego zadaniem jest hamowanie. Kwas gamma-aminomasłowy, znany lepiej jako GABA, to główny czynnik hamujący w synapsach. W dużym stężeniu odpręża i zwiększa koncentrację. W umiarkowanym prowadzi do niepokoju. Nie przypadkiem lekarstwa, które zwiększają ilość dostępnego GABA, mają działanie relaksujące, przeciwdrgawkowe i przeciwlękowe.

Glutaminian

Glutaminian

To neuroprzekaźnik pobudzający par excellence. Choć jest najbardziej rozpowszechniony, w dużych ilościach jest bardzo toksyczny dla neuronów. Odgrywa fundamentalną rolę w procesach kognitywnych, takich jak pamięć i nauka, ale bierze także udział w regulacji rozwoju mózgu.

Adrenalina

Adrenalina

Znana również jako epinefryna, jest neurohormonem reakcji „walki lub ucieczki”, wytwarzanym w chwilach stresu. Wiązana przede wszystkim ze strachem i stanem zagrożenia, zwiększa ukrwienie mięśni i przepływ tlenu do płuc po to właśnie, by wspomagać walkę lub ucieczkę. Jest zarówno hormonem wytwarzanym przez nadnercza, jak i neuroprzekaźnikiem.

Noradrenalina

Noradrenalina

Znana również jako norepinefryna, jest neuroprzekaźnikiem pobudzającym. Reguluje uwagę oraz reakcję „walki lub ucieczki”, przyspieszając pracę serca, a tym samym napływ krwi do mięśni. W wysokim stężeniu powoduje lęk, podczas gdy niski poziom noradrenaliny wiązany jest z trudnościami w koncentracji i zaburzeniami snu.

Serotonina

Serotonina

Przyczynia się do poczucia dobrostanu, równoważąc – w charakterze neuroprzekaźnika hamującego – ewentualną nadmierną aktywność pobudzającą neuronów. Reguluje ból, trawienie i (wraz z melatoniną) mechanizmy snu. Niski poziom serotoniny powiązany jest z depresją i lękiem, toteż działanie wielu środków przeciwdepresyjnych bazuje na zwiększaniu jej dostępności. W sposób naturalny serotonina wytwarza się w organizmie również podczas ćwiczeń fizycznych i ekspozycji na słońce.

Dopamina

Dopamina

Supergwiazda wśród neuroprzekaźników. Cieszy się świetną opinią, a to zapewne dlatego, że jest cząsteczką związaną z układem nagrody i odczuwaniem przyjemności. Pobudzająca, ale zdolna również do hamowania, bierze udział w mechanizmach powstawania nawyków i uzależnień, jednak nie powinno się sprowadzać jej do roli „cząsteczki przyjemności”. W świetle ostatnich odkryć możemy powiedzieć, że jest neuroprzekaźnikiem woli. Jest kluczowym elementem takich strategicznych funkcji, jak zdolność skupiania uwagi i kontrola ruchów. Rozmieszczenie neuronów wyposażonych w receptory dopaminy oraz odpowiednich obwodów mózgowych doprowadziło do zidentyfikowania układu dopaminergicznego z ośmioma szlakami, które rozprowadzają tę cząsteczkę, przynosząc także efekty neuromodulacyjne. Trzy najważniejsze – szlak mezolimbiczny, mezokortykalny i nigrostriatalny – mają swój początek w śródmózgowiu i prowadzą na wyższe poziomy mózgu.

Acetylocholina

Acetylocholina

Jest to neuroprzekaźnik najobficiej występujący w ludzkim organizmie. W obwodowym układzie nerwowym służy do stymulacji mięśni, w układzie ośrodkowym natomiast ma znaczenie dla pobudzenia i układu nagrody, pełni także ważną funkcję w procesie uczenia się i jest istotna dla neuroplastyczności. Będąca również neuromodulatorem acetylocholina jest obecna w płynie mózgowo-rdzeniowym, a tym samym oddziałuje na różne obszary neuronowe.

Oksytocyna

Oksytocyna

Chcąc zwiększyć ilość oksytocyny w mózgu, wystarczy pocałować się, przytulić lub uprawiać seks. Można również karmić piersią, gdyż hormon ten, działający jako neuroprzekaźnik, napływa wtedy zarówno do mózgu matki, jak i dziecka. Innymi słowy, chcąc naturalnie wytworzyć oksytocynę, trzeba być we dwoje. Zwana „hormonem przywiązania”, ponieważ wywołuje poczucie dobrostanu, skłaniające do formowania związków miłosnych lub rodzinnych, odgrywa rolę w wielu procesach fizjologicznych od erekcji po ciążę, od skurczy macicy po produkcję mleka, od relacji społecznych po reakcje stresowe. Obecność lub niedostatek oksytocyny odbijają się na stosunku do innych ludzi oraz na stabilności psychicznej. Syntetyczna oksytocyna, która w niektórych krajach jest dostępna na rynku w postaci wziewnej, bywa stosowana rekreacyjnie.

Wazopresyna

Wazopresyna

Ten hormon, neuroprzekaźnik i neuromodulator w jednym składa się z dziewięciu aminokwasów. Poza bardziej prozaicznymi funkcjami (hamuje wytwarzanie moczu i zwęża naczynia krwionośne) cząsteczka ta odgrywa strategiczną rolę dla przedłużenia gatunku. Bierze udział w mechanizmach zachowań interpersonalnych, w pobudzeniu seksualnym i związkach intymnych. Słynny jest przypadek gatunku Microtus ochrogaster – żyjącego na amerykańskim Środkowym Zachodzie nornika preriowego, znanego ze swej monogamii (rzadkość wśród ssaków). Jeśli nornik zostanie pozbawiony wazopresyny, nawet on się „rozwodzi”.

Testosteron, estradiol, progesteron

Testosteron, estradiol, progesteron

Tak jak ośrodkowy układ nerwowy używa do wysyłania wiadomości neuroprzekaźników, układ hormonalny korzysta z hormonów. Tak zwane hormony płciowe, takie jak testosteron (męski, wzór chemiczny powyżej) czy estradiol i progesteron (żeńskie), mają decydujące znaczenie zarówno dla płodowego rozwoju mózgu, jak i dla powstania drobnych, choć znaczących różnic dwóch dostępnych modeli dorosłego mózgowia. Zarówno mężczyźni, jak i kobiety wytwarzają testosteron i progesteron, ale w radykalnie odmiennych proporcjach.

Kortyzol

Kortyzol

Kortyzol również nie jest neuroprzekaźnikiem w ścisłym sensie, niemniej jest cząsteczką zdolną do wywierania znaczącego wpływu na maszynerię mózgową. Wytwarzany w nadnerczach (na sygnał z podwzgórza) w ramach skomplikowanego mechanizmu reakcji na przedłużające się zagrożenie, bywa także nazywany hormonem stresu. Jeżeli poziom kortyzolu pozostaje przez dłuższy czas wysoki, dochodzi do uszkodzenia hipokampów i szybszego starzenia się mózgu. Kortyzol zakłóca również proces uczenia się.

Endorfiny

Endorfiny

Mówi się o nich w liczbie mnogiej, ponieważ jest to cała kategoria opioidów („morfin endogennych”, czyli wytwarzanych przez organizm), które hamują sygnały bólowe i wywołują dobre samopoczucie, a nawet euforię. Uwalniają się w czasie aktywności fizycznej i seksualnej, a także w przypadku odczuwania bólu. Wydzielaniu się endorfin sprzyjają również niektóre pokarmy, na przykład czekolada.

2.3 Komórki glejowe

2.3 KOMÓRKI GLEJOWE

Możemy zagwarantować, że twój mózg nie pławi się w kleju. Jednak właśnie tak sądzili uczeni przez prawie sto lat.

Neurony, komórki inteligencji, stanowią tylko część masy mózgowej. Reszta złożona jest z komórek innej kategorii, zwanych glejowymi (z greckiego γλοία, „klej”). Opisane zostały po raz pierwszy pod koniec XIX wieku i przez długi czas uważano je za coś w rodzaju rusztowania, dającego oparcie prawdziwym supergwiazdom – neuronom. Perspektywa zmieniła się radykalnie, począwszy od lat osiemdziesiątych XX wieku, między innymi dzięki Albertowi Einsteinowi.

Choć najwybitniejszy fizyk wszech czasów nie zajmował się neurobiologią, niechcący wywarł na nią wpływ pośmiertnie. Przeprowadzając w 1955 roku sekcję zwłok Einsteina, lekarz ze szpitala w Princeton, Thomas Stoltz Harvey, postanowił wykraść mózg geniusza. To dziwaczne przestępstwo – popełnione w imię nauki – miało przysporzyć mu mnóstwa problemów.

Niemniej wydawało się, że mózgowie Einsteina nie wyróżnia się niczym szczególnym. Dopiero trzydzieści lat później profesor Mariad Diamond z Uniwersytetu w Berkeley zobaczyła w jednej z czterech próbek coś zaskakującego. W rejonie płata ciemieniowego, gdzie przebiega rozumowanie matematyczne, orientacja przestrzenna i koncentracja uwagi, komórki glejowe były u Einsteina znacznie liczniejsze niż przeciętnie. Jak się często zdarza, odkrycie to zostało oprotestowane, a wnioski z niego częściowo wycofane, wskazówka ta wystarczała jednak, by uchylić drzwi do wielu kolejnych badań i odkryć.

Dzisiaj wiemy, że komórki glejowe pełnią wiele różnych funkcji. Prawdą jest, jak sądzono od dawna, że mają znaczenie konstrukcyjne: otaczają neurony i utrzymują je na swoim miejscu. Są jednak także magazynierami: karmią neurony i odżywiają je tlenem. Są elektrykami, ponieważ budują otoczkę mielinową, która reguluje przesyłanie potencjału czynnościowego wzdłuż aksonów. Z pewnością są też sprzątaczami, gdyż trzymają z daleka patogeny i pochłaniają nieaktywne już neurony.

Spełniają więc mnóstwo różnorodnych zadań, bez których ludzki mózg nie działałby jak trzeba. Już w trakcie embriogenezy – kiedy w życiu płodowym rozpoczyna się faza samoorganizacji mózgu – komórki glejowe regulują migrację neuronów i wytwarzają cząsteczki konieczne do rozgałęziania się dendrytów i aksonów. Niedawne badania przypisują komórkom glejowym także zdolność wzajemnego komunikowania się chemicznego. W odróżnieniu od neuronów są zdolne do mitozy, czyli do podziału i reprodukcji.

W wielu źródłach możemy przeczytać, że komórki glejowe są od pięciu do dziesięciu razy liczniejsze od neuronów. Niedawne badanie obaliło jednak ten mit, podając, że stosunek między nimi wynosi 1:1. Wedle nowej, skomplikowanej metody obliczeniowej (oczywiście kontestowanej przez niektórych) w mózgu znajduje się 86 miliardów neuronów i 84,6 miliarda komórek glejowych, jednak wyraźnie zaznaczają się różnice między poszczególnymi obszarami mózgowia. Komórki glejowe są prawie cztery razy liczniejsze od neuronów w korze mózgowej – tej części mózgu, która najdobitniej wyróżnia Homo sapiens spośród innych gatunków. Natomiast w substancji białej kory, gdzie znajduje się większość aksonów mielinowych, neuroglej jest dziesięć razy liczniejszy od neuronów. Nie trzeba bezcześcić nieszczęsnego mózgu Alberta Einsteina, by mieć pewność, że komórki glejowe grają ważną rolę w wytwarzaniu inteligencji.

Niestety, ich znaczenie ujawnia się jeszcze wyraziściej, kiedy sprawy przyjmują zły obrót. W chorobie Alzheimera komórki glejowe mogą wytwarzać zbyt dużo niszczących neurony cytokin; ich nieprawidłowe funkcjonowanie ma znaczenie dla choroby Parkinsona i stwardnienia rozsianego; ich wielkość i gęstość zdają się mieć związek z depresją. Generalnie można powiedzieć, że głównym zadaniem komórek glejowych jest utrzymywanie homeostazy – chemiczno-fizycznej równowagi organizmu. Innymi słowy, zachowanie status quo.

1. Wiele książek przytacza przybliżoną liczbę 100 miliardów neuronów. Według badania z 2009 roku (Frederico Azevedo, Suzana Herculano-Houzel i inni, Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain) jest ich jednak o 14% mniej.

2. Obserwowane przez mikroskop elektroniczny kolce naprawdę przypominają liście, czego nie było widać przez mikroskopy optyczne, używane przez pionierów neurobiologii.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki