Čeprav so proučevanja zgradbe in delovanja možganov stara komaj nekaj več kot sto let, jih danes s pomočjo sodobnih slikovnih tehnik lahko opazujemo pri delovanju »v živo«. Več kot vemo o njih, bolj osupljiva je slika, ki jo dobivamo.
Avtor: Mojca Šimenc
»Eno zadnjih spoznanj o možganih je, da se pri vsaki aktivnosti povežejo v omrežje. Težja kot je naloga, več delov sodeluje pri tem,« je za začetek pojasnil mag. Jurij Bon, dr. med., specialist psihiater iz Psihiatrične bolnišnice Begunje in član slovenskega društva za nevroznanost Sinapsa.
Zakaj je pri obravnavanju možganov pomembno sodelovanje različnih znanstvenih panog?
Multidisciplinarnost je na splošno trend v medicini. Pri možganih je še toliko bolj izrazit, ker so tako kompleksni. Zdravniki na oddelkih obravnavajo možganske, psihiatrične ali nevrološke bolezni. Pri razumevanju delovanja možganov veliko pomagajo znanstveniki, npr. kognitivni psihologi, ki razvijajo različne teorije o delovanju umskih procesov in njihovi povezanosti z delovanjem možganov. Nevrobiologi so bolj usmerjeni v raziskovanje, kako nevroni, sinapse in njihovi skupki delujejo v pogojih živega stanja v možganih. Vse bolj pomembni postajajo računalniški strokovnjaki, ki so sposobni oblikovati različne zapletene modele, s katerimi simulirajo delovanje nevronskih mrež. S tem pripomorejo k iskanju odgovorov na vprašanja, npr. kaj se zgodi, če pride do motenj v delovanju sistema na način, kot menimo, da bolezen moti delovanje možganov. Zelo pomemben del nevroznanstvene sfere je tudi farmacevtska industrija, saj razvoj in uporaba novih zdravil omogočata velik napredek tako na kliničnih področjih kot tistih bolj bazičnih, ki niso neposredno povezana z bolniki, svoj doprinos pa dajejo tudi mediji, ki so tematsko specializirani ter spremljajo vprašanja s področja nevroznanosti in spoznanja prenašajo širši javnosti.
Kako pravzaprav delujejo možgani? Kot elektrarna, ki jo »poganja« kemija?
Osnovni gradnik v možganih je živec (nevron), ki obdeluje informacije, ki jih dobi od drugih nevronov in ki po potrebi odda signal na druge nevrone. Po samem nevronu informacija teče električno, tako da se membranski potencial spreminja. Signal prehaja naprej preko aksona predhodnega nevrona, na naslednjem pa ga sprejmejo dendriti. V aksonu so posebni mešički, v katerih so kemijski obveščevalci (nevrotransmiterji): serotonin, dopamin, noradrenalin, … Električni impulz jih spodbudi, da se sprostijo iz nevrona v območje, imenovano sinapsa, in zelo hitro potujejo proti dendritu drugega nevrona, kjer jih pričakajo receptorji. Gre za strukture v membrani nevrona, ki so sposobne vezati prenašalce in ko jih vežejo, je to signal za proženje električnih napetosti v drugem nevronu. Električne napetosti se seštevajo in odštevajo glede na naboj. Če presežejo nevronski prag, le-ta povzroči, da nevron pošlje impulz naprej po svojem aksonu. V možganih je okrog 100 milijard nevronov in vsak od njih ima povprečno okrog tisoč povezav s sosednjimi nevroni. V možganih so tudi celice glije ali podporne celice, ki držijo skupaj nevronske skupke in opravljajo tudi določene druge funkcije, ki pomagajo pri prenašanju in obdelavi informacij.
Kaj je največ doprineslo k spoznavanju strukture in delovanja možganov?
Zgodovinsko gledano so raziskave možganov stare približno sto let. Zelo pomemben je bil razvoj dovolj močnih mikroskopov, s katerimi so lahko prvič videli živce. Na začetku namreč niso vedeli, ali so možgani amorfna spužvasta masa ali pa gre za zelo organizirano maso nečesa. Ko so videli, da v možganih obstajajo nevroni različnih vrst, so začeli sklepati, da možgani procesirajo informacije. Kar zaznavamo in za kar se odločimo, da bomo naredili, se dogaja v možganih. S kliničnimi opazovanji so ugotovili, da se pacienti z različnimi poškodbami ali boleznimi možganov obnašajo na različne načine in so tudi povezali njihova stanja z okvaro na določenem delu možganov, pa tudi, da je možganska skorja razdeljena na področja, ki so specializirana za opravljanje določenih funkcij. K spoznavanju delovanja možganov so veliko prinesli poskusi na živalih. Z njimi so proučevali, kako geni vplivajo na razvoj možganov, kako se izključitev določenega gena odraža v delovanju možganov in ali to pripelje do razvoja določene bolezni ali ne. K razvoju kognitivne nevroznanosti pa so zelo veliko prinesle tudi moderne metode slikanja možganov, ki so omogočile proučevanje delovanja možganov »v živo«, in to ne samo pri bolnikih. Sedaj si lahko zamišljamo najrazličnejše eksperimente, s katerimi preverjamo hipoteze, kako delujejo umski procesi.
Katera pa so zadnja spoznanja o delovanju možganov?
Eno od zadnjih spoznanj je, da možgani nikakor ne delujejo ločeno, pač pa se pri vsaki aktivnosti povežejo v omrežje. Imamo sicer določene predele, predvsem v sprednjem delu, ki bolj skrbijo za to, da povežejo vse predele, ki so potrebni, da se izvede določeno funkcijo. Če je aktivnost lažja, za njeno realizacijo ni potrebno veliko omrežje, če pa gre za težko nalogo, se povežejo praktično celi možgani. Drugo zelo pomembno novejše odkritje je, da v določenih delih, predvsem tistih, ki so odgovorni za spomin, lahko nastajajo novi nevroni. Odkritje je pomembno, ker nakazuje, da bi morda bolezni v možganih lahko zdravili prav na ta način: da bi nove nevrone spodbudili, da bi se razvijali tako, da bi podprli tisto možgansko funkcijo, ki je slaba. Ko nevroni zrastejo, še nimajo določene funkcije, ampak potujejo v določen predel možganov in šele tam jim sosednji nevroni »povedo«, v kaj naj se razvijejo. Vsak nevron, ki zraste na novo, je pluripotenten – zmožen postati karkoli.
Možgani so torej samoučljiv sistem?
Da, lahko se zelo prilagajajo. Posamezna ožja področja v možganih so precej neodvisna in jih šele izkušnja prisili, da se specializirajo za določeno nalogo. V nekem delu motorične skorje, ki kontrolira gibe udov, imamo področje, odgovorno za prste na roki. Pri pianistu, ki veliko bolj uporablja svoje prste, se to odraža tudi v obliki in delovanju tega predela: poveča se na račun tistih področij, ki jih manj uporablja. Možgani svoje module združujejo po potrebi. Bolj kot nekdo razvija neko funkcijo, bolj mu možgani pomagajo, da se za to vedenje specializira več modulov. Domnevamo, da je ta sposobnost odraz nevronske plastičnosti. Nevron takrat, ko je povezan v omrežje, nikakor ni trda in stabilna struktura, ampak je živ in se ves čas spreminja. V njem brstijo nove povezave z drugimi nevroni, če ima ugodne signale od njih, v nasprotnem primeru pa se odcepi iz določenih povezav.
Ali ob tako dinamični nevronski aktivnosti obstaja tudi nevarnost »pregoretja«?
Omrežja, ki predelujejo informacijo, imajo nevrone, ki signal prenašajo naprej in lahko njegovo količino tudi povečujejo, ob njih pa so internevroni, ki njihovo pretirano aktivnost omejujejo. Če se to ravnotežje poruši, lahko pride do nenadnega nenadzorovanega proženja vseh nevronov, ki se lahko izraža kot epilepsija. Splošni sistem za obdelavo informacij zajema glavnino možganske skorje. Iz globin možganov pa prihajajo posebni snopi živčevja, ki sproščajo svoje kemijske prenašalce v vse dele možganske skorje in preko njih uravnavajo intenziteto aktivnosti skorje. Gre za fino modulacijo nevronov, ki jo imenujemo modulatorni sistemi. Njihov vpliv izkoriščamo pri zdravljenju psihiatričnih bolezni. Nekomu, ki ima denimo hudo depresijo, pomagamo tako, da mu z zdravili umetno povišamo količino serotonina v modulatornem sistemu, kar spodbudi možgansko skorjo in zmanjša posledice depresije.
Ali je število nevronov končno, kdaj se njihovo število ustali in od česa je odvisno število povezav med njimi?
Nevroni začnejo rasti in potovati na svoja mesta že v času nosečnosti. Istočasno poteka fizični in funkcionalni razvoj možganov. Po rojstvu možgani zelo hitro rastejo in imajo po nekaterih ocenah celo do 50 odstotkov preveč nevronov in nevronskih povezav. To traja vse do pubertete. Nevronske povezave se utrjujejo s tem, de se preko njih opravlja določena aktivnost, ki je v povezavi z okoljem. Tiste, ki so aktivne, se ohranijo, tisti nevroni, ki ne vzpostavljajo povezav, pa v puberteti začnejo počasi odmirati, kar imenujemo proces redčenja. Odrasel človek ima 50 odstotkov manj nevronov in povezav med njimi kot v otroštvu. To je dobro, kajti šele optimalno število nevronov in povezav med njimi daje sposobnost abstraktnega razmišljanja. Pri psihiatričnih in nevroloških boleznih pride do motenj v delovanju nevronov in nevronskih mrež. Temu se lahko sami upiramo tako, da smo psihično (npr. ob začetku demence vadimo spomin in tako upočasnimo procese upadanja spomina) in fizično aktivni. Aktivnost mora biti zmerna, ker če ni, znova pride do stresa, ki škodi nevronskim povezavam.
Se otroci zaradi večjega števila nevronov in nevronskih mrež učijo hitreje kot odrasli?
Otroci so bolj fleksibilni pri osvajanju novega znanja. Je pa res, da dokler se možgani ne razvijejo do določene stopnje, otrok ne more osvojiti novega koncepta. Če bi ga v to silili, bi povzročili samo upadanje določene funkcije. Tudi razvoj veščin, za katere se zdi, da jih osvojijo iz nič, denimo materni jezik, potekajo v možganih zelo programirano.
Ali to pomeni, da je pretirano siljenje otroka v zgodnje intelektualne aktivnosti napaka?
Osebno mislim, da najbrž je, kajti ni jasnih dokazov, da bodo ti otroci kasneje »prehitevali« vrstnike. Otroci so zelo dojemljivi za jezike, vendar so pri učenju maternega jezika aktivni drugi deli v možganih kot pri učenju tujih jezikov. Učenje maternega jezika se razvija zelo zgodaj in na pol avtomatsko. Na že pripravljena področja v možganih za govor začnejo otroci postopoma, vendar takoj ob rojstvu, navezovati to, kar slišijo. Zgodnje učenje tujih jezikov pa je še neraziskana situacija. Otroke potiskamo v zgodnji bilingvizem, za katerega ni jasno, ali je koristen ali ne. Pri ljudeh z bilingvalnimi sposobnostmi se za tuje jezike specializirajo nekoliko različni deli možganov kot za maternega. So pa vsi v predelih za jezik. Vprašanje je, če taka »dvojna« situacija pri otroku morda ne moti dobrega razvoja maternega jezika. Prav tako tudi ni jasno, kaj jezik sploh pomeni: ali je dobro materni jezik čim bolj neovirano razviti do določene stopnje in kako to hkrati vpliva na razvoj sposobnosti notranjih miselnih procesov, pri katerih vemo, da si človek pomaga z »notranjim govorom« v maternem jeziku. Tudi sicer se proces vodenega učenja pri otrocih na račun igre premika na vse nižjo starost.
Je to koristno ali ne?
Možgani so sistem, ki poleg modulov za vid in govor vsebuje še veliko drugih sistemov, kateri so vnaprej pripravljeni. Igra jih razvije in oblikuje v neko harmonizirano celoto. Če ta proces umetno prekinemo in spodbujamo samo določene dele v možganih na račun zanemarjanja drugih, to najbrž ni dobro. Sicer ne vemo natančno, kakšna je funkcija igre, vendar verjetno ni naključna. Lahko je pomembna za razvoj čustvovanja, za razvoj osebnosti, … Tudi pri živalih je igra izredno pomembna za razvoj njihove telesne harmonije. Ne vemo, kakšne so posledice, če razvijamo nekaj na račun nečesa drugega. Mogoče to drugo niti ni najbolj pomembno oziroma mogoče je, in jih s takim pristopom prezgodaj ukalupljamo v svet odraslih, v katerega vstopajo z drugimi primanjkljaji.
Ali se možgani starajo kako drugače kot ostali organi?
Možgani s starostjo postajajo okvarjeni, ker sta motena dotoka krvi in kisika do njih. Staranje možganov spodbujajo še slaba prehrana in razvade (npr. pitje alkohola) ter določeni procesi, ki potekajo v njih samih, a so še slabo razumljeni. Gre recimo lahko za nabiranje nefunkcionalnih beljakovin, ki motijo nevron. Naberejo se lahko do te mere, da ga popolnoma onesposobijo in nevron odmre. To se pojavi na primer pri demencah, kjer se možgani hitro in progresivno starajo. Aktivna uporaba možganov upočasnjuje njihovo staranje in zmanjšuje tveganje, da bo prišlo do bolezenskega staranja. Dobro je, da človek, ki pri sebi opaža prve znake staranja možganov (pešanje spomina, koncentracije, …) postane bolj umsko in tudi telesno aktiven. Prav telesna aktivnost pripomore k pozitivni spremembi vseh sistemov v telesu in vpliva na rastne faktorje, ki nevrone spodbujajo, da ohranjajo svojo dejavnost.
Ali je sposobnost urjenja možganov končna ali jih lahko (teoretično) treniramo v nedogled? Ali lahko »pregorijo«?
Odvisno od vrste intelektualne aktivnosti. Učenje novega znanja izboljša abstraktno razumevanje sveta, kar pomeni tudi boljšo organizacijo živčevja, ki se zato lažje odziva v vseh situacijah, siljenje v memoriranje velike količine informacij in hitro povečevanje obsega spomina pa za možgane verjetno ni dobro. Za možganski trening velja isto kot za telesnega: ključni sta raznovrstnost in prava mera.
Zakaj je taka razlika med učenjem po ukazu in učenjem iz lastne motivacije?
Stopnja motivacije je neposredno povezana s tem, koliko si zapomnimo, koliko osvojimo novega znanja. Ukaz »od zunaj«, ki narekuje, kaj se je treba učiti, lahko privede do dvojne situacije: če se ujame z notranjo motivacijo, otroku omogoči, da še bolje napreduje, če pa je izbira napačna, če ga ponujeno ne zanima, to zavre njegov razvoj. Notranja motivacija je odločilna, koliko se je človek sposoben naučiti. Vsak človek ima motivacijo za neko dejavnost, odvisna pa je od širše genetske podlage in od tistega, kar kot vrednote, s katerimi se je vredno ukvarjati, privzame iz okolice.
September, 2009
