mo.ul.der3
02.09.08, 17:02
" Ujawniono sieć połączeń między 10 miliardami neuronów
udało się stworzyć mapę ludzkiej kory mózgowej
Badania żyjącego ludzkiego mózgu były zawsze ograniczane przez
poczucie, że nie można tak delikatnego organu szturchać zbyt mocno.
Mózg jest potrzebny właścicielowi, nie wolno go więc przedziurawić,
przepołowić ani dowolnie zajrzeć do jego środka, żeby sprawdzić, co
się w nim dzieje. Dlatego ten skomplikowany organ poznawano do tej
pory pośrednio i niezbyt szczegółowo.
Tymczasem międzynarodowa grupa badaczy z kilku ośrodków europejskich
i amerykańskich wpadła na pomysł fantastycznie dokładnej metody,
która pozwala śledzić nie tylko pojedyncze neurony, ale także
najcieńsze połączenia między nimi. Dzięki temu dostępny obserwacji
stał się cały obieg informacji wewnątrz mózgu. Po raz pierwszy w
historii badań neurologicznych udało się stworzyć mapę ludzkiej kory
mózgowej, najbardziej pofałdowanej, zewnętrznej warstwy mózgu,
odpowiedzialnej za wyższe funkcje takie jak mowa, myślenie
symboliczne, świadomość i zdolności poznawcze. Ujawniono sieć
połączeń między 10 miliardami neuronów tworzących ludzką korę
mózgową. Każdy z tych neuronów ma około tysiąca długich kabli
zwanych aksonami łączących go z innymi komórkami nerwowymi w mózgu.
Jest to więc układ komunikacyjny o olbrzymiej komplikacji, którą
trudno z czymkolwiek porównać, donosi czerwcowe wydanie "Biology
Today".
Nowa metoda badań, jaką zastosowali uczeni z uniwersytetu i
politechniki w Lozannie w Szwajcarii oraz z uniwersytetów Harvarda i
Indiany w USA, nosi nazwę diffusion spectrum imaging (DSI) co
oznacza dyfuzyjne obrazowanie widmowe. Najczęściej dotąd stosowany
sposób badania mózgu za pomocą funkcjonalnego rezonansu
magnetycznego (fMRI) opiera się na ocenie zmian przepływu tlenu i
krwi w tkankach na skutek pobudzenia wybranych ośrodków mózgu.
Metoda DSI polega natomiast na śledzeniu przepływu cząsteczek wody w
mózgu i analizowaniu składu tkanek nerwowych.
Ta właśnie metoda pozwoliła na niezwykle dokładne przedstawienie
połączeń między neuronami. Tworzą one długie włókna wyrastające z
neuronów zwane substancją białą - w przeciwieństwie do substancji
szarej, czyli neuronów. Jest to pierwszy krok w kierunku stworzenia
nowej dziedziny neurologii, nazwanej po angielsku "connectomics",
czyli nauką o strukturze sieci neuronowych w mózgu.
Naukowcy uszeregowali także najbardziej zapracowane części kory
mózgowej według liczby połączeń, jakie one posiadają. Ich obraz
ujawnił istnienie skupiska neuronów o niezwykłej gęstości. Znajduje
się ono w tylnej części kory przedczołowej i ma rozmiar mniejszy od
wnętrza ludzkiej dłoni. Kształtem przypomina niewielką czapeczkę.
Badaczy intrygowało, dlaczego rejon ten pozostaje gorący nawet
wówczas, gdy inne ośrodki mózgu odpoczywają, i dlaczego zużywa
znacznie więcej niż one energii. Twórcy opublikowanej właśnie mapy
kory mózgowej wyjaśniają, że obszar ten "siedzący okrakiem" na obu
półkulach mózgu, jak to opisał obrazowo jeden z badaczy, stanowi
rodzaj centralnego jądra kory mózgowej lub mówiąc inaczej, procesora
łączącego w całość wszystkie akcje mózgu.
"Obserwując, co się dzieje zarówno wewnątrz tego rejonu, jak i
dokoła niego, zauważyliśmy ożywioną korespondencję docierającą do
tego centrum z olbrzymiej liczby nerwów, także podczas odpoczynku
badanych osób" - można przeczytać w opublikowanej właśnie pracy o
ludzkiej korze mózgowej.
Naukowcy już od lat 70. próbowali śledzić połączenia między
komórkami nerwowymi. Ale do tej pory taką mapę udało im się stworzyć
tylko dla mikroskopijnego robaka o nazwie Caenorhabditis elegans.
Jego mózg liczył zaledwie 300 neuronów, tymczasem rozszyfrowanie
połączeń między nimi zajęło uczonym ponad 10 lat. Z kolei dr
Winfried Denk z Instytutu Badań Medycznych im. Maksa Plancka w
Heidelbergu opracował częściową mapę powiązań między komórkami
nerwowymi w siatkówce oka królika.
Jeszcze w listopadzie ubiegłego roku Winfried oceniał, że analiza
wszystkich połączeń między neuronami w mózgu człowieka zajęłaby 3
miliardy osobo-lat (oznacza to, że jeden człowiek musiałby nad tym
projektem pracować dłużej, niż naturze zajęło stworzenie wszystkich
żywych organizmów poza bakteriami). Zadanie wydawało się więc
praktycznie niemożliwe do wykonania. Opisany sukces grupy
neurobiologów, którzy opracowali nie fragment oka, ale mapę całej
kory mózgowej, świadczy o tym, jak błyskawicznie zmieniają się
metody zaglądania do wnętrza mózgu i jak szybko powiększa się wiedza
o tym najbardziej skomplikowanym obiekcie wszechświata.
Wynikają z tego również pewne wnioski praktyczne. Dr Olaf Sporns,
psycholog z Indiana University, ma nadzieję, że obecna mapa połączeń
nerwowych w korze mózgowej pozwoli zrozumieć procesy, które do tej
pory trudno było dokładnie obserwować, takie jak zmiany chorobowe w
tzw. materii białej mózgu. Może też ujawnić przyczyny takich
zaburzeń jak autyzm i schizofrenia, uważane za wynik niewłaściwych
połączeń między ośrodkami mózgu. Powinno to również ułatwić
wykrywanie skutków udarów i zranień mózgu, czego nie da się śledzić
przy dotąd używanych metodach.
Dr Sporns i jego współpracownicy zamierzają rozszerzyć badania na
ochotników w różnym wieku, aby dowiedzieć się, jak z upływem czasu
zmieniają się połączenia neuronów w korze mózgowej. Następnym
wyzwaniem będzie dołączenie do wykonanej już mapy podkorowej części
mózgu, zwłaszcza tzw. wzgórza i jąder podstawnych mózgu. Wzgórze
jest ważne jako stacja przekaźnikowa. Impulsy nerwowe ze zmysłów
dostarcza odpowiednim częściom mózgu do dalszego przetwarzania.
Jądra podstawne z kolei łączą korę mózgową ze wzgórzem i pniem
mózgu.
Twórcy sztucznej inteligencji liczą z kolei na to, że dokładna
znajomość ścieżek, jakimi wędrują sygnały nerwowe, przybliży moment
skonstruowania symulatora mózgu, sztucznego urządzenia, które
miałoby naśladować przynajmniej częściowo to, co się dzieje w
ludzkim umyśle. Mogłoby to pomóc w zrozumieniu przyczyn niektórych
chorób psychicznych i neurologicznych. A w dalszej przyszłości
przenieść ludzkie myśli i doznania na nośniki niebiologiczne, czyli
opracować urządzenia prawie tak skomplikowane jak człowiek. "
www.newsweek.pl/wydania/artykul.asp?Artykul=28404&Strona=2
Numer 32/08, strona 58
Nerwowe depesze
