2. SPIS TREŚCI
4
6
10
14
20
24
27
30
33
35
Nauka to najlepszy wybór
- wywiad z dr Czajkowskim
Krzysztof Bielski, Aleksandra Kwika
Co tam, panie, w nauce,
czyli bardzo subiektywny przegląd prasy
Przeszczep totalny, czyli wymień moje ciało
dr Paweł Boguszewski
Komórkowy model schizofrenii
Klaudia Jączyńska
Błąd Sokratesa, czyli jak uczą się płody
Mateusz Kostecki
Największe mózgi świata – neurobiologia waleni
Joanna Boruszak
Czy kultura może kształtować mózg,
czyli odwieczny dylemat: Natura vs kultura
Anna Bugaj
Przepis na neurodydaktykę
Anna Czerwińska
Konsonanse, dysonanse- podróż do świata muzyki
Anna Kraus
Mózg torturowany
Neurobigos
skład redakcji
Po dłuższej przerwie – wracamy! Mamy dla Was
jak zawsze sporo nowości. Pierwszą z nich jest
nowy dział naszego pisma – Neurowywiad, czyli
rozmowy z najlepszymi polskimi neuronaukowcami.
W tym numerze czeka na Was wywiad z dr Rafałem
Czajkowskim z Instytutu Nenckiego. Dr Czajkowski
opowiada o tym, jak wygląda praca naukowa
w Polsce, Stanach i Skandynawii i jak pracowało
mu się z tegorocznymi Noblistami – małżeństwem
Moserów. Potem napięcie rośnie: dr Boguszewski
w swoim artykule tłumaczy dlaczego nieprędko
uda nam się przeszczepić ludzką głowę, Klaudia
Jączyńska zaś pokazuje, że schizofrenię możemy
badać na... hodowlach komórkowych. Z innych
tekstów dowiecie się, czy tortury są skuteczne,
dlaczego matematyka jest piękna i kto wygrywa
w odwiecznym sporze kultura – natura. Na końcu zaś
czeka na Was tradycyjny konkurs rysunkowy!
Redakcja
redakcja@neuronauka.org
Redaktor naczelny:
Mateusz Kostecki
Z-cy red. nacz.:
Klaudia Jączyńska
Maja Wójcik
Redakcja:
Aleksandra Kwika
Krzysztof Bielski
Żaneta Matuszek
Oliwia Zaborowska
Szata graficzna
Bartosz Kwiecień
www.bartoszkwiecien.pl
Ilustracje
Wronika Kuc
(weronika.kuc@op.pl)
Monika Pabian
(monika.pabian@gmail.com)
Aleksandra Rylewicz
(olka25o@interia.pl)
Jan Garstka
Redakcja językowa
Agata Styczeń
Dominika Micał
Redakcja merytoryczna
dr Magdalena Markowska
dr Ksenia Meyza
dr Jan Jabłonka
ISSN 2353-902X
OD REDAKCJI
DRODZY
CZYTELNICY
2 OBLICZA NEURONAUKI
3OBLICZA NEURONAUKI
3. PRZEGLĄD PRASY
Sny pod kontrolą
Czy często zdarza wam się śnić i jednocześnie być
świadomym, że śnicie? Jeśli tak – prawdopodobnie
oznacza to, że macie ponadprzeciętnie grubą korę
przedczołową. Trudno powiedzieć, czy to dobrze, czy
źle, ale zdaniem badaczy z Instytutu Maxa Plancka
w Berlinie - raczej dobrze. Przebadali oni prawie
70 osób pod kątem ich skłonności do tzw. lucid
dreaming, czyli świadomego śnienia. Uczestnicy,
którzy często doświadczali tego stanu, mieli staty-
stycznie grubszą korę mózgową w okolicy bieguna
czołowego, hipokampa oraz przedniego zakrętu
obręczy. Z innych badań wiadomo, że takie osoby
charakteryzują się również wysoką refleksyjnością.
W interpretacji badaczy te dwa fakty są ze ściśle sobą
powiązane i świadczą o wysokich zdolnościach meta-
poznawczych – czyli umiejętności obserwowania
własnych procesów myślowych oraz reagowania
na nie. Zgodnie z hipotezą autorów, niektórzy z nas
mają tak silną tendencję do monitorowania własnych
myśli, że robią to nawet podczas snu – co prowadzi
właśnie do świadomego śnienia.
Filevich, E., Dresler, M., Brick, T. R., & Kuhn, S. (2015). Metacognitive
Mechanisms Underlying Lucid Dreaming. Journal of Neuroscience,
35(3), s. 1082–1088. doi:10.1523/JNEUROSCI.3342-14.2015
Mózg powiększony
W jaki sposób można dokładnie obejrzeć coś bardzo,
bardzo małego? Biolodzy molekularni zmagają się
z tym pytaniem od lat. Jak do tej pory ich najlepsze
odpowiedzi da się podsumować krótkim stwier-
dzeniem: przez mikroskop (na przykład dwufoto-
nowy albo elektronowy). Ostatnio w czasopiśmie,
które dość nieelegancko monopolizuje rynek prasy
naukowej (jego tytuł zaczyna się na literkę „N”),
pojawiła się zupełnie inna odpowiedź na to pytanie.
Jeśli chcesz obejrzeć coś bardzo małego - powiększ
to. Grupa badaczy z Massachusetts Institute of
Technology zaprezentowała technikę, która pozwala
powiększyć tkankę mózgową niemal pięciokrotnie.
Opiera się ona na nasycaniu fragmentów mózgu –
odpowiednio przygotowanych wcześniej chemicznie
– substancją zwaną akrylanem sodu. Substancja ta
sprawia, że poszczególne białka zaczynają odsuwać
się od siebie, a co najważniejsze – proporcje w odle-
głościach między nimi zostają zachowane. Innymi
słowy, tkanka w zasadzie nie zmienia swojej budowy,
ale można zaobserwować w niej znacznie mniejsze
szczegóły, niż dotychczas. Oczywiście, jak na razie
wciąż niezbędny jest do tego mikroskop.
Callaway, E. (2015). Diaper material expands tissue, enabling ordinary
microscopes to reveal nanoscale features. Nature, 517, s. 254.
doi:10.1038/nature.2015.16667
Co tam, panie,
w nauce?
Bardzo subiektywny
przegląd prasy
Automatyczna krajalnica
do mózgów
Istnieje bardzo wiele metod obrazowania pracy
mózgu, a każda z nich ma pewne mocne i słabe strony.
Na przykład funkcjonalny rezonans magnetyczny
(fMRI) pozwala obserwować zmiany aktywności
całego mózgu, ale tylko z ograniczoną dokładno-
ścią. Z kolei elektrofizjologia daje możliwość reje-
stracji pracy pojedynczych komórek – co zapewnia
olbrzymią precyzję, lecz sprawia, że badanie jest
zawężone do bardzo niewielkiego obszaru. Ograni-
czenia te skłaniają coraz to nowe grupy badawcze
do rozwijania niestandardowych technik neuroobra-
zowania. Ideałem byłoby stworzenie takiej metody,
która pozwalałaby na uzyskanie bardzo dokładnych
pomiarów z wielu struktur mózgowych jednocześnie.
Ważnym krokiem w tym kierunku może być praca
opublikowana ostatnio w czasopiśmie Cell Reports.
Jej autorzy wykorzystali transgeniczne zwierzęta,
u których stymulacja neuronów powoduje wydzie-
lanie się białka zielonej fluorescencji (zwanego po
angielsku green fluorescent protein, lub w skrócie
– GFP). Mówiąc w pewnym uproszczeniu – komórki
nerwowe, które pracują intensywnie u takich
myszy, zaczynają świecić na zielono. Dzięki temu,
jeśli pokroić mózgi zwierząt i obejrzeć pod mikro-
skopem, można z łatwością stwierdzić, jakie obszary
były ostatnio bardziej aktywne niż inne. Osiągnięcie
badaczy polega na tym, że udało im się zautoma-
tyzować cały proces: to komuter tnie cały mózg na
plasterki, równocześnie wykonując zdjęcia mikro-
skopowe, a potem analizuje tak uzyskane obrazy.
Eksperymentator otrzymuje gotowe wyniki na temat
aktywności całego mózgu. Są one na tyle dokładne,
że (przynajmniej w teorii) pozwalają ocenić pracę
pojedynczych komórek. W tym konkretnym badaniu
metoda posłużyła do zobrazowania aktywności
neuronalnej myszy podczas kontaktu z partnerem
społecznym (w porównaniu do kontaktu z przed-
miotem nieożywionym). Uzyskane wyniki w zasa-
dzie potwierdzają to, co wiedzieliśmy o interakcjach
społecznych już wcześniej – ale, tak jak w przypadku
wielu innych współczesnych publikacji, to nie same
wyniki wydają się najbardzej interesujące, ale właśnie
metoda. No cóż, postęp.
Kim, Y., Venkataraju, K. U., Pradhan, K., Mende, C., Taranda, J.,
Turaga, S. C., … Osten, P. (2014). Mapping Social Behavior-Induced
Brain Activation at Cellular Resolution in the Mouse. Cell Reports, 10,
s. 1–14. doi:10.1016/j.celrep.2014.12.014
Stres do trzewi
Czy stres zawsze jest zły? Coraz częściej na to
pytanie naukowcy odpowiadają: nie, nie zawsze
– jeśli tylko pojawia się w odpowiednim kontek-
ście. W tym przypadku, w kontekście nieswoistego
zapalenia jelit. Choć brzmi to absurdalnie, udało
się wykazać, że odpowiednio dobrany stres może
chronić przed tą chorobą. Najpierw wywołano ją
sztucznie u grupy myszy, podając im dextran sulfate
sodium – substancję, której spożycie prowadzi do
stanu zapalnego jelit. Potraktowane w ten sposób
zwierzęta wykazywały zachowania depresyjne: mniej
się poruszały, nie wchodziły w interakcje społeczne
tak chętnie, jak myszy zdrowe, oraz obawiały się
eksplorować nowe pomieszczenia. Co ciekawe,
dextran nie wywoływał zmian w zachowaniu tych
myszy, które wcześniej były wystawione na powta-
rzający się stres, czyli test unikania wody. Polega
on na umieszczeniu zwierzęcia na godzinę na małej
platformie pośrodku basenu – co wywołuje u niego
silne poczucie zagrożenia. Mechanizm, który sprawia,
że stres może czynić zapalenie jelit mniej dotkliwym,
nie jest jeszcze wyjaśniony. Udało się jednak zebrać
pewne poszlaki sugerujące rozwiązanie. Zapalenie
jelit wywołuje między innymi spadek ilości dostęp-
nego w hipokampie neuropeptydu Y – substancji
pomagającej zredukować poziom lęku. Natomiast
regularnie doświadczany stres (na odpowiednim
poziomie) powoduje zwiększenie jego produkcji
w podwzgórzu, ponieważ organizm próbuje dosto-
sować się do trudnej sytuacji. Najwyraźniej czyni
go to nieco lepiej przygotowanym przynajmniej
na niektóre problemy zdrowotne. A gdyby kogoś
intrygowało, gdzie robi się takie badania – na uniwer-
sytecie w Graz, w Austrii.
Hassan, A. M., Jain, P., Reichmann, F., Mayerhofer, R., Farzi, A., Schuligoi,
R., & Holzer, P. (2014). Repeated predictable stress causes resilience
against colitis-induced behavioral changes in mice. Frontiers in
Behavioral Neuroscience, 8, s. 1–16. doi:10.3389/fnbeh.2014.00386
Stres do trzewi
Ujmując rzecz potocznie: niektóre osoby są dużo
łatwiejsze niż inne. Mówiąc nieco bardziej naukowo:
ludzie charakteryzują się bardzo zróżnicowaną
permisywnością seksualną. Badaczy z uniwersytetu
Tohoku w Japonii z jakiegoś powodu zaintrygowało,
dlaczego tak jest. Żeby uzyskać odpowiedź na swoje
pytanie, zeskanowali mózgi niemal 800 osób, uczest-
niczących w większym projekcie naukowym. Badani
wypełnili również kwestionariusze na temat ich życia
seksualnego. Okazało się, że osoby łatwiej angażu-
jące się w kontakty seksualne mają statystycznie
mniejsze prawe ciało migdałowate. Struktura ta
uczestniczy we wszelkiego rodzaju zachowaniach
emocjonalnych i jest najlepiej znana ze względu
na swój udział w powstawaniu strachu i lęku. Dodat-
kowo udało się wykazać, że związek zwyczajów
seksualnych z budową mózgu był dokładnie taki sam
u kobiet i mężczyzn – co z pewnością ucieszy przynaj-
mniej część naszych czytelników.
Takeuchi, H., Taki, Y., Nouchi, R., Hashizume, H., Sekiguchi, A., Kotozaki,
Y., … Kawashima, R. (2015). The structure of the amygdala associates
with human sexual permissiveness: Evidence from voxel-based
morphometry. Human Brain Mapping, 36(2), s. 440–8. doi:10.1002/
hbm.22638
4 OBLICZA NEURONAUKI
5OBLICZA NEURONAUKI
4. Krzysztof Bielski
Spotykamy się 2 kwietnia, więc w ramach spóź-
nionego primaaprilisowego żartu wpadliśmy
na pomysł, aby, w nawiązaniu do znanego portalu
popularnonaukowego, zacząć wywiad od zmyślo-
nego newsa – laboratoria z Wielkiej Brytanii, zajmu-
jące się modelami zwierzęcymi, zostają zamknięte.
Naukowcy poparli postulaty obrońców praw zwie-
rząt, a laboratoryjne szczury i myszy rozdali ludziom
jako zwierzęta domowe. Jak myślisz, czy byłby
możliwy taki scenariusz?
Dr Czajkowski: Prawdę mówiąc, nie jest to temat,
który można potraktować żartobliwie. Faktem jest,
że organizacje, teoretycznie broniące praw zwie-
rząt, wcale nie są takie skuteczne w zapewnianiu im
godziwych warunków bytowych. Słynna była sprawa
w Mediolanie, gdy tak zwani obrońcy praw zwierząt
wypuścili zwierzęta doświadczalne z uniwersyteckiej
zwierzętarni, skazując je na tym samym na śmierć, bo
nie były one w stanie żyć samodzielnie w naturalnych
warunkach. To są ludzie, którzy może mają sporo
dobrej woli i są idealistami, ale praktycznie nie mogą
zapewnić godziwych warunków życia zwierzętom.
W Polsce wprowadzono właśnie bardzo restrykcyjne
prawo dotyczące ochrony zwierząt doświadczal-
nych, które przy odrobinie złej woli ze strony orga-
nizacji chroniących zwierzęta, mogłoby doprowadzić
do paraliżu badań na modelach zwierzęcych.
Czy prowadząc własne badania, miałeś kiedy-
kolwiek problemy ze strony komisji etycznej lub
samych obrońców praw zwierząt?
Miałem z tym do czynienia pośrednio. Kiedy praco-
wałem na UCLA, mój znajomy – profesor, który
zajmuje się badaniami m.in. na małpach – był celem
Student II roku kognitywistyki
na UW, członek Studenckiego
Koła Naukowego Neurobiologii
UW
bardzo brutalnych ataków. Spalono mu samochód
i kilkakrotnie atakowano jego posiadłość. Mnie nikt
nigdy nie atakował, ale widziałem jak to wygląda i nie
jest to przyjemne. Wiele osób w Stanach padło ofiarą
tego typu akcji. Tamte środowiska są dosyć dobrze
zorganizowane. Protesty semi-pokojowe, czyli takie,
w których nie dochodziło do fizycznego kontaktu, były
na porządku dziennym. W związku z opisywaną sytu-
acją zorganizowaliśmy marsz, który miał uświadomić
ludziom, że badania na zwierzętach są konieczne.
Wszyscy, nawet ci, którzy protestują przeciwko nim,
są beneficjentami tego typu badań.
Jaki klimat społeczny w tej kwestii panuje w Polsce.
Czy ludzie bardziej popierają argumenty obrońców
praw zwierząt, czy rozumieją jednak potrzebę badań
na żywych organizmach?
Wydaje mi się, że ludzie rozumieją zarówno
potrzebę rozwoju nauk biomedycznych, jak i zasadę,
że poświęca się życie zwierząt w sposób kontrolowany,
monitorowany i który przysparza im jak najmniej cier-
pień. Dzięki temu nauki biomedyczne posuwają się
do przodu i ludzie jako społeczeństwo mają z tego
wymierne korzyści, a nasi bliscy mniej cierpią.
Jaki pożytek możemy mieć dzięki badaniom biome-
dycznym prowadzonym na modelach zwierzęcych?
Ostatnio najbardziej jaskrawym przykładem była
operacja, której dokonano we Wrocławiu – odzyskanie
funkcji motorycznych przez pacjenta z przerwanym
rdzeniem kręgowym. Tego typu operacja nie mogłaby
dojść do skutku, gdyby nie poznano podstawowych
mechanizmów neuroregeneracji. Mechanizmy te
bada się właśnie na modelach zwierzęcych. Trudno
NEUROWYWIAD
Nauka to
najlepszy
wybór
wywiad
z dr Czajkowskim
Aleksandra
Kwika
Studentka I roku biotechnologii
UW, członkini Studenckiego
Koła Naukowego Neurobiologii
UW
wyobrazić sobie sytuację, w której mamy poświęcić
setkę osób po to, żeby odkryć jak to działa, i potem
na sto pierwszej dokonać transplantacji licząc, że to
się uda.
Przykłady udanych operacji, takich jak ta we
Wrocławiu, działają na wyobraźnię. Skłaniają też
do refleksji, czy działalność badawczo-medyczna
wymaga poczucia pewnej misji i chęci niesienia
pomocy. Często ludzie idą na studia medyczne, żeby
w przyszłości nieść pomoc innym. Jak zaczęła się
Twoja przygoda z nauką?
Zupełnie nie z tego powodu. Nie mam jakiegoś
poczucia misji, nigdy nie patrzyłem na to z takiej
perspektywy. Kierowała mną raczej ciekawość świata,
pytania: Jak to działa? Jakie są tego mechanizmy?
Dlatego wszystkie moje badania były próbą rozszy-
frowania podstawowych mechanizmów, procesów
biologicznych. Zupełnie nie myślałem o tym, że musi
to mieć jakieś praktyczne zastosowanie. Zazwyczaj
tak jest w nauce, że jeżeli coś się odkryje i pozna
jakiś mechanizm, to prędzej czy później będzie to
miało zastosowanie. Skupianie się na tym, że to musi
być przydatne, jest bezcelowe, bo i tak wiadomo, że
będzie.
Wspomniałeś już o swoim pobycie w Stanach Zjed-
noczonych. Spędziłeś pięć lat na University of Cali-
fornia w Los Angeles (UCLA). Jak z tej perspektywy
mógłbyś porównać studia i pracę w Stanach do
pracy w Polsce?
Tutaj troszeczkę samokrytyki. Podczas studiów
doktoranckich w Instytucie Nenckiego osiągnąłem
właściwie wszystko, co było możliwe. Byłem stypen-
dystą Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej, obroniłem
doktorat z wyróżnieniem i z nagrodą ministra, miałem
dosyć dobre publikacje. Okazało się, że dokto-
ranci, magistranci i post-docy na UCLA byli bardziej
ambitni i skupieni niż przypuszczałem. W czasie
pisania doktoratu zakładali, że praca naukowa będzie
ich główną ścieżką kariery. Faktem jest, że byłem
w jednym z najlepszych laboratoriów na świecie,
selekcja była zatem dosyć ostra. Jednak obserwując
ludzi także w innych zespołach, widziałem, że myśleli
o pracy naukowej bardzo poważnie.
Jak dużo musiałeś poświęcić i jak dużo poświęcają
studenci ze Stanów podczas studiów doktoranc-
kich, a potem stażu podoktorskiego?
Trudno ocenić, jak duży jest to wkład. Prawda jest
taka, że jeśli ktoś decyduje się na pracę naukową tak
od serca, to pracuje właściwie 24 godziny na dobę.
Nawet jeśli nie wykonuje eksperymentów, to cały
czas o tym myśli, to jest rzeczywiście pełne poświę-
cenie – nie można tego traktować jak pracę od 9
do 17, gdzie o 17 wychodzę i zamykam się intelek-
tualnie. Oczywiście jest też normalne życie, chodzi
się na piwo, rozmawia nie tylko o pracy, ale gdzieś
tam z tyłu głowy cały czas żyje się eksperymentami.
Czasami jest tak, że siedzi się w labie przez 12 godzin,
bo trwa eksperyment behawioralny, a czasem bierze
się 3 tygodnie wolnego i jedzie na wycieczkę. Tam,
gdzie pracowałem, zupełnie nie było bezpośredniego
nadzoru – każdy nadzorował sam siebie, można było
nie przyjść przez trzy tygodnie do pracy, ale trzeba
było mieć świadomość tego, że to opóźnia projekt.
Można przyjść do labu w okolicach południa i nikt
człowiekowi nic nie powie, ale jeśli codziennie przez
rok będzie się przychodziło o 11, a wychodziło o 15,
to z tego nie powstanie dobry projekt. To ogromna
lekcja umiejętności. Trzeba sobie samemu wyznaczyć
granice. Jeżeli od dłuższego czasu nie ma trwałego
śladu mojej działalności, to znaczy, że musiałem coś
zaniedbać. Życie weryfikuje.
Pierwsza Twoja ważna publikacja to doktorat obro-
niony w Instytucie Biologii Doświadczalnej PAN im.
Nenckiego, dotyczący biochemii komórek glejo-
wych. Następnie zająłeś się biologią konkretnych
struktur mózgowych. Skąd decyzja o zmianie tema-
tyki badań?
Pisałem pracę magisterską i doktorską tutaj, w IBD
PAN, w kierowanej przez prof. Jolantę Barańską
Pracowni Przekaźników Sygnałów. Zajmowałem się
badaniem mechanizmów biologicznych na poziomie
molekuł, receptorów, struktur wewnątrzkomórko-
wych, cytoszkieletu. Bardzo mnie to pasjonowało.
Starałem się wyszukiwać obszary badawcze, które
łączyły ze sobą dwa rozpatrywane dotąd niezależnie
zjawiska. Pierwsze prace były z pogranicza biochemii
lipidów oraz sygnalizacji wapniowej, ponieważ taki
był wtedy profil działania pracowni. Następnie zain-
teresowałem się szlakiem przekazywania sygnałów
z udziałem receptorów nukleotydowych, których różne
podtypy mają odmienne funkcje. Kiedy już zacząłem
pisać pracę doktorską, zastanawiałem się, co dalej.
Coraz bardziej interesowały mnie interdyscyplinarne
projekty. Musiałem podjąć decyzję, czy chcę dalej
robić to samo, co robiłem przez ostatnich sześć lat. To
była ostatnia szansa na drastyczną zmianę. Miałem już
wytyczoną ścieżkę kariery – były dwa czy trzy zespoły,
w których mógłbym kontynuować karierę jako post
-doc. Znałem liderów tych zespołów i mogłem przewi-
dzieć, co będzie moim udziałem w ciągu najbliższych
pięciu czy dziesięciu lat. Ale trochę odbierało mi to
zapał.
Za dużo monotonii?
Czułem, że już brak świeżości. Akurat pojawiła się
wtedy praca, której współautorem był profesor Leszek
Kaczmarek z naszego Instytutu. Pokazano w niej,
że informacja przestrzenna tylko przez pewien czas
przechowywana jest w hipokampie, a potem struk-
tury korowe mogą przejąć te funkcje. Temat oddzia-
ływania między strukturami korowymi a hipokampem
w tworzeniu, przechowywaniu i przetwarzaniu infor-
macji przestrzennej stał się popularny w pewnych
środowiskach. Rzuciłem wszystko, czym się dotych-
czas zajmowałem, pojechałem do Stanów i musiałem
się wszystkiego nauczyć od początku: przeczytać
wszystkie książki, wszystkie publikacje, zbudować
własną aparaturę. Swój mikroskop sam skręcałem,
obrabiałem części na tokarce. Upłynęło kilka lat,
zanim poczułem się wystarczająco pewnie, by skoń-
czyć ten projekt na wysokim poziomie. Miałem wtedy
już wszystko zaplanowane, wiedziałem, co mnie inte-
resuje, jaki aspekt całego problemu jestem w stanie→
→
→
6 OBLICZA NEURONAUKI
7OBLICZA NEURONAUKI
5. ogarnąć intelektualnie i manualnie. Zrobiłem odpo-
wiednie eksperymenty, potem stwierdziłem, że
pewnej wiedzy, dotyczącej połączeń mózgowych,
muszę szukać gdzie indziej. Dlatego przeniosłem się
do Trondheim, gdzie pracowałem z Menno Witterem,
który jest jednym z najlepszych neuroanatomów.
Doskonale zna wszelkie połączenia kortykalno –
hipokampalne, wiele z nich sam odkrył. Współpraca
z nim zaowocowała szeroką wiedzą o tym systemie.
To spowodowało, że poczułem się wystarczająco
pewnie, by spróbować pracy samodzielnej.
Istotnym wydarzeniem Twojej pracy na Norweskim
Uniwersytecie Nauki i Techniki (NTNU) w Trondheim
była również współpraca z przyszłymi wówczas
noblistami. Jak wyglądała praca z nimi i czego się
od nich nauczyłeś?
W przypadku May-Britt i Edvarda Moserów nikt nie
miał wątpliwości, że Nobel dla tej pary jest tylko
kwestią czasu. Jednak chyba nikt się nie spodziewał,
że nastąpi to tak szybko. Moserowie pracowali
w izolacji. Sami musieli wszystko stworzyć własnymi
rękami – nikt im specjalnie życia nie ułatwiał. A udało
się im z jakiegoś stanowiska w piwnicy, w starych
magazynach (tak zaczynali) wznieść na najwyższy
poziom. To była naprawdę ciężka praca, a z ich
perspektywy wygląda to zupełnie naturalnie. Mają
dwie córki, normalne życie rodzinne, dużo podróżują,
ich hobby to zwiedzanie wulkanów na całej Ziemi.
Pomaga im to, że są we dwójkę. To osoby o niezwykle
wysokim poziomie etyki zawodowej. Bardzo dobrze mi
się z nimi współpracowało, bardzo rzetelnie intelek-
tualnie pod względem planowania eksperymentów,
interpretacji, analizy danych. Wszystkie ich dane
źródłowe z eksperymentów są publikowane on-line.
Każdy może wejść na ich stronę, ściągnąć dane i je
przejrzeć. Proces publikowania i opracowywania
danych jest w pełni transparentny. To nie jest regułą
w świecie nauki, naukowcy raczej trzymają karty przy
orderach. Wróciłbym do pierwszego zagadnienia
– o etyce pracy ze zwierzętami. W szczególności
May-Britt, która jest odpowiedzialna za stronę ekspe-
rymentalną, kładzie duży nacisk na wysoki poziom
bioetyczny badań. Nie można było sobie pozwolić
na jakiekolwiek uchybienia, jeśli chodzi o dobrostan
zwierząt. To partnerzy w procesie badawczym, a nie
przedmioty, więc powinni być traktowani w pewnym
sensie jako współautorzy tych badań. W Insty-
tucie Nenckiego też próbujemy wdrożyć tego typu
standardy. Niedawno otrzymałem partię szczurów
eksperymentalnych, którym właśnie tworzymy nowe
środowisko życia – duże klatki dla szynszyli, ze sporą
ilością przedmiotów, które będą wzbudzały ich zain-
teresowanie. Chcę, żeby ich życie było ciekawe,
a współpraca z nami raczej przyjemnością niż męką.
Powiedziałeś o zaufaniu i rodzinnej atmosferze w
labie. Czy jest to cecha charakterystyczna dla pracy
w Norwegii?
W Norwegii panuje inne podejście do pracy, z dużo
większym zrozumieniem dla życia rodzinnego.
System jest bardzo pomocny dzięki zapomogom,
długim urlopom rodzicielskim, ale także przez ogólne
nastawienie na pracownika. To różnica między
Stanami a Europą – w Stanach dzieci i rodzina to twój
własny problem. Natomiast w Europie, a w szczegól-
ności w Norwegii, kiedy dziecko jest chore i trzeba
je zabrać z przedszkola, szef nie mówi: „No tak,
znowu...”, tylko: „Weź sobie ze trzy dni wolnego,
popracuj w domu”. Jest to naturalne. W Stanach jest
mniejsza tolerancja dla tego typu sytuacji życiowych.
W Norwegii nauczyłem się innej organizacji pracy –
bardziej rytmicznej, ale uwzględniającej potrzeby
rodziny. Wiedziałem, że w określonych godzinach
mogę pracować, potem muszę odebrać dziecko
z przedszkola, potem wieczorem coś napisać. Ten
rytm dnia powodował, że zacząłem planować rzeczy
w sposób bardziej staranny, łatwiej kończyłem prace,
nie miałem otwartych zadań. Nie mówiłem: „przecież
jutro będę miał czas”, było wiadome, że tego czasu
nie mam.
Jak wyglądała praca na NTNU w porównaniu z UCLA?
Instytut Kavli, w którym pracują Moserowie, był
bardzo izolowany na uniwersytecie. May-Britt i Edvard
weszli tam jako osoby o dużej renomie i rozbudo-
wywali instytut dosyć szybko i nieproporcjonalnie
w stosunku do reszty wydziałów tak, aby był całko-
wicie samowystarczalny. Na UCLA wszystkie zespoły
z wydziałów neurobiologii, psychologii lub neurologii
współpracowały ze sobą. Były to ogromne kompleksy
– kilkadziesiąt, jeśli nie więcej zespołów badawczych.
Potencjalnie każdy z każdym mógł współpracować!
Wszyscy pracownicy wydziału mogli swobodnie
zaznajamiać się z nowymi technikami. W każdej chwili
można było podejść do profesora, zapytać o jakąś
wątpliwość i od razu uzyskać odpowiedź.
Skąd decyzja o powrocie do Polski po owocnej pracy
i w Stanach, i w Norwegii?
Ta decyzja została podjęta jeszcze przed wyjazdem.
Zawsze wydawało mi się, że powinienem wrócić do
Polski, chciałem kontynuować swoją pracę tutaj,
w szczególności – niezależną karierę. Oczywiście
bardzo kusiło mnie, żeby zostać, zwłaszcza w Kali-
fornii, ponieważ warunki życia były tam rewelacyjne
ze względu na klimat, podejście ludzi i taki ogólny
luz. Zawsze, kiedy widzę Los Angeles w telewizji czy
w kinie, czuję jakieś ukłucie tęsknoty w sercu. Jednak
nie żałuję, że wróciłem do Polski, bo zrobiłem to
w dobrym momencie. Polska jest już od ponad 10 lat
w UE i ma to duży wpływ na poziom polskiej nauki.
Przede wszystkim: ogromne inwestycje w sprzęt.
Muszę przyznać, że infrastruktura badawcza, w którą
zaopatrzony jest w tym momencie Instytut Nenckiego,
jest na najwyższym światowym poziomie. Wspomi-
nałem o mikroskopie, który na UCLA musiałem sobie
zrobić sam z odpadów aluminiowych w warsztacie dla
studentów (oczywiście od tamtego czasu minęło 10
lat) – tu w instytucie mamy takie dwa nowe. Właściwie
wszystko, co niezbędne do pracy badawczej, jest
tutaj. Podobnie z finansowaniem nauki – wszystko na
zupełnie innym poziomie niż wtedy, gdy wyjeżdżałem.
Nic, tylko siadać i robić badania.
Czy uważasz, że student, który decyduje się
na doktorat w Polsce, ma takie same szanse, żeby
zaistnieć w świecie nauki, co student zagraniczny?
Czy polskim naukowcom nadal ciężko konkurować
z zagranicznymi?
Wydaje mi się, że jest jedna podstawowa różnica
– wynagrodzenia. W Polsce bardzo ciężko wyżyć
z nauki, stypendia i same wynagrodzenia są niższe
niż na Zachodzie. Część naukowców nie chce zasta-
nawiać się, jak dożyć do pierwszego, kiedy może
w komfortowych warunkach pracować w krajach
zachodnich. Widzę ogromny potencjał w polskiej
nauce. To jest też powód, dla którego nie straciłem
entuzjazmu po powrocie do kraju. Widzę, że jest
bardzo dużo ludzi, którzy mają ciekawe pomysły.
Wielu było za granicą i wrócili: u nas w instytucie jest
co najmniej kilkanaście osób w moim wieku, którzy
mają ten zachodni mind-set. Wiedzą, jakie są możli-
wości, co można i powinno się osiągać w nauce.
Jest tylko kwestią czasu – 10, może 20 lat, kiedy
polska nauka nie będzie odstawała od poziomu nauki
w Europie Zachodniej.
Chcieliśmy zapytać o Twój grant, którym aktualnie
się zajmujesz. Jego temat to „Rola kory retrosple-
nialnej w pamięci przestrzennej i nawigacji”. Czego
dotyczą badania? Czy to synteza poprzednich
badań ze Stanów i Norwegii?
W istocie, to kontynuacja tego, czym zajmowałem się
podczas stażów podoktorskich. Jak wspomniałem
wcześniej, obiektem moich zainteresowań była współ-
praca hipokampa i obszarów korowych w kodowaniu
i odtwarzaniu pamięci przestrzennej. W Los Angeles
zainteresowała mnie kora retrosplenialna, w której
odkryłem powtarzające się wzory aktywności neuro-
nalnej, przypisane do konkretnego zadania wykorzy-
stującego nawigację przestrzenną. To sugerowało,
że mamy do czynienia z formowaniem śladu pamięci
w korze retrosplenialnej. Będąc w Trondheim, wyka-
załem, że sygnał z tej kory trafia do miejsca, które
jednocześnie odbiera informacje z hipokampa. Teraz
chciałbym odpowiedzieć na pytanie, jak przebiega
integracja informacji z tych dwóch źródeł i jak wpływa
to na zdolności nawigacyjne zwierząt. Wykorzy-
stywać będę najnowsze techniki przyżyciowej reje-
stracji aktywności pojedynczych neuronów, a także
modulacji ich aktywności za pomocą światła.
W jakim kierunku będzie zmierzać neuroscience?
Jakie tematy są teraz na topie? Czy czeka nas rewo-
lucja?
Nie będzie żadnego przełomu, dlatego że to jest
proces, który zachodzi powoli. Teraz na topie jest
grupa projektów, które zakładają wymapowanie
wszystkich połączeń w mózgu. Ale samo stwierdzenie
statycznych połączeń to jeszcze nic. To musi być
mapowanie funkcjonalne, z uwzględnieniem różnych
rodzajów komórek, różnych populacji. Stworzenie
spójnego modelu to jak na razie pieśń przyszłości.
Nie spodziewam się tego w ciągu najbliższych 20 lat.
Natomiast coraz więcej będzie wiadomo na temat
różnego rodzaju kodów neuronalnych. Kod związany
z mapą przestrzenną, z mapą kognitywną, jest już
bliski rozszyfrowania. Duży nacisk będzie również
kładziony na zastosowania biomedyczne. Lepiej
poznamy choroby takie, jak choroba Alzheimera,
Parkinson, schizofrenia, autyzm. W ciągu najbliższych
20 lat możemy spodziewać się powstania metod
terapeutycznych, które będą oparte na dogłębnych
badaniach anatomicznych, fizjologicznych, bioche-
micznych i będą celowały w bezpośrednie przyczyny
tych schorzeń. Jak długo to będzie trwało, trudno
powiedzieć.
Wielu studentów zastanawia się nad karierą
naukową. Czy to jest dobry wybór i co mógłbyś
ewentualnie doradzić osobom, które są na początku
drogi?
To jest oczywiście najlepszy wybór (śmiech) Nie mogę
nic innego powiedzieć, ale myślę, że mniej więcej
możecie się domyślić z przebiegu tej rozmowy, co jest
istotne. Istotne jest to, żeby wiedzieć, że naprawdę
chce się to robić. Najgorsze, co można zrobić, to
rozpocząć karierę naukową nie będąc do tego w 100%
przekonanym. Można ją rozpocząć, ale w momencie,
w którym człowiek widzi, że to nie jest kariera dla
niego, trzeba sobie to jasno powiedzieć i wyjść z tego.
Trzeba mieć też świadomość, że kariera naukowa to
tak naprawdę w 95% nuda: powtarzanie ekspery-
mentów, pipetowanie - to nie jest super ekscytujące.
Jest strasznie dużo monotonnej pracy, strasznie dużo
niepowodzeń, cała masa eksperymentów, które się
nie udają, cała masa pomysłów okazuje się nieuda-
nych. Powiedzmy 5% koncepcji okazuje się mieć
w ogóle jakiś sens. Trzeba być bardzo upartym, ale
też mieć zdolność do samokrytyki i do rzetelnej oceny
swoich możliwości, a przede wszystkim trzeba mieć
pasję. Trzeba wiedzieć, że to się lubi i tyle!
Czy w Twojej pracowni jest miejsce dla osób ambit-
nych i dążących do celu, wiedzących czego chcą?
Tak, ale nie chcę powiedzieć, że na doktorat powinni
iść ludzie całkowicie uformowani. Człowiek na
doktoracie jeszcze się uczy pewnych rzeczy - samo-
dzielności intelektualnej, pewności siebie, prze-
świadczenia, że się jest kompetentnym w jakiejś
dziedzinie. To wykształca się podczas doktoratu. Na
pewno zapraszam do mojego zespołu. Będę prowadził
rekrutację zarówno na poziomie doktoratu, jak i na
poziomie post-doca, może teraz w wakacje, a może
jeszcze przed wakacjami?
→
→→
8 OBLICZA NEURONAUKI
9OBLICZA NEURONAUKI
6. PRZESZCZEP
TOTALNY
czyli wymień moje ciało
NEUROBIOLOGIA
dr Paweł Boguszewski
C
o jakiś czas opinią publiczną wstrząsają
doniesienia ze świata naukowego. Czasem
są tak egzotyczne lub specyficzne,
że nawet naukowcom na pierwszy rzut oka
ciężko rozpoznać, czy są to prawdziwe i przełomowe
odkrycia, czy też jedynie sztucznie wykreowana
medialna hucpa.
W ostatnich miesiącach świat obiegła sensacyjna
wiadomość o planowanym przeszczepie głowy -
przeszczepie totalnym. Przyjmując perspektywę,
że my to nasz mózg, powinniśmy raczej mówić
o transplantacji ciała do głowy. Ta hipotetyczna
procedura ma być radykalną terapią na nieuleczalne
choroby i, potencjalnie, krokiem ku nieśmiertelności.
O stopień wyżej w skali trudności byłoby przeniesienie
samego mózgu do nowego ciała, a ostatecznym
celem przekopiowanie zawartości mózgu - wspo-
mnień i świadomości - na nowy „nośnik” biologiczny.
Sprawcą zamieszania jest włoski naukowiec, dr Sergio
Canavero. Nie jest to osoba „z nikąd”. Canavero jest
nie tylko uznanym neurochirurgiem, ale również
autorem lub współautorem około 100 artykułów.
Canavero jest zatem praktykiem, rzemieślnikiem
i jednocześnie badaczem z zacięciem naukowym
i eksperymentalnym, a to rzadka kombinacja. W 2013
na łamach czasopisma Surgical Neurology Interna-
tional opisał założenia projektu „HEAVEN - The head
anastomosis venture Project”, którego celem jest
przeprowadzenie procedury przeszczepu ludzkiej
głowy i połączenie jej z rdzeniem kręgowym. Proce-
dura została nazwana „GEMINI”. Praca ta przeszła
bez większego echa, więc by podgrzać atmosferę,
Canavero uderzył bezpośrednio w media popularno
-naukowe. W grudniu 2014 wygłosił wykład TEDx,
a następnie, w marcu 2015, opublikował zaktualizo-
waną wersję artykułu. Zapowiedział również swoje
wystąpienie na nadchodzącym zjeździe American
Academy of Neurological and Orthopaedic Surgeons,
co ma wywołać publiczną dyskusję na temat proce-
dury GEMINI i pomóc mu uzyskać akceptację środo-
wiska naukowego. Wiadomość poszła w szeroki świat,
co zaowocowało zgłoszeniem się ochotnika - pierw-
szego pacjenta, 30 letniego Władimira Spiridonowa,
który cierpi na chorobę Werdniga-Hoffmanna. Współ-
czesna medycyna jest wobec tej choroby bezradna.
Będąc świadomym olbrzymiego ryzyka i niepewnych
rokowań, Spiridonow zdecydował się być „królikiem
doświadczalnym” dr Canavero.
Idea przeszczepów głowy nie jest nowa. Za prekur-
sora koncepcji uważa się Charlesa Guthrie, który
w 1908 roku stworzył dwugłowego psa. Jednak opisy
procedury giną w mrokach medycznych dziejów,
a ponieważ pochodzą sprzed ery współczesnego
stylu publikacji naukowych, trudno zweryfikować ich
prawdziwość. Dużo więcej dowodów, w tym zdjęć
Naukowiec, prowadzi
badania w Pracowni Układu
Limbicznego Instytutu
Neneckiego PAN
filmów, mamy na badania Vladimira Demikowa, który
w latach 50-tych eksperymentował (także na psach),
tworząc dwugłowe, sześciołape stwory, które jednak
nie były w stanie przeżyć dłużej niż kilka dni - rekor-
dzista żył 29 dni. Zwierzęta miały połączone układy
oddechowe i krwionośne, ale naukowcy nawet nie
próbowali łączyć układu nerwowego. Nie była to
zatem prawdziwa próba przeszczepu ciała, ale jedynie
podczepienie głowy do ciała nosiciela.
W latach 70-tych w USA dr Robert J. White po wielu
próbach przeszczepił głowę małpy, która żyła przez
osiem dni na ciele dawcy i wydawała się być przy-
tomna - reagowała na dotyk i inne bodźce, wodziła
wzrokiem. Zapisy EEG również wyglądały na prawi-
dłowe. Jednak i w tym przypadku White nie próbował
łączyć układu nerwowego głowy i reszty ciała – uważał
to za niemożliwe do wykonania. Jego celem było
zapewnienie przeżycia samej głowie, bez możliwości
kontroli ciała dawcy. Eksperymenty te, pomimo,
że rodem z horrorów, nie były dziełami szaleńców.
Dzięki tym doświadczeniom zostały opracowane tech-
niki śródoperacyjnego schładzania mózgu, obecnie
wykorzystywane powszechnie podczas operacji
neurochirurgcznych, dzięki którym ratuje się tysiące
pacjentów. Badania te pomogły również opracować
metody przywrócenia do życia pacjentów po schło-
dzeniu do niskich temperatur (hipotermii), co także
uratowało niejedno istnienie.
Sergio Canavero twierdzi, że tym razem się uda.
Uważa, że nadszedł czas, technologia jest gotowa,
a opracowana przez niego procedura ma szansę
powodzenia. Opiera ją na trzech filarach:
1) Rdzeń kręgowy musi zostać przecięty ultracienkim
ostrzem. To pozwoli uzyskać bardzo czyste cięcie,
które zminimalizuje uszkodzenie tkanki i pozwoli
na jej „zlepienie”. Naukowiec uważa, że niepowo-
dzenie dotychczasowych prób fuzji rdzenia po urazach
wynika z tego, że w takich przypadkach siła działająca
na rdzeń kręgowy jest ogromna, powoduje rozległe
uszkodzenie i rozerwanie tkanki. Canavero pokazuje
to obrazowo przecinając na scenie banany. W przy-
padku typowych, powypadkowych uszkodzeń rdzenia
bardzo szybko tworzy się twarda blizna z komórek
glejowych, która blokuje regenerację rdzenia. Dlatego
kluczowe tutaj jest uzyskanie bardzo gładkiego cięcia
i zminimalizowanie czasu upływającego od separacji
rdzenia do jego połączenia.
2) Do sklejenia rdzenia proponuje zastosować poli-
tlenek etylenu. Jest to polimer, który próbuje się
stosować w regeneracji układu nerwowego, ale jego
użycie jak na razie nadal pozostaje w sferze ekspe-
rymentalnej. Nie jest to bowiem środek, który potrafi
zapewnić właściwe zlepienie przeciętych aksonów
(wypustek komórek nerwowych, którymi przesy- →
10 OBLICZA NEURONAUKI
11OBLICZA NEURONAUKI
7. łają informacje) neuronów dawcy i biorcy, tak,
żeby zaczęły one funkcjonować jak jedna komórka.
Nadal neurony z mózgu pacjenta muszą wytwo-
rzyć nowe aksony wzdłuż starych szlaków w ciele
dawcy, a neurony czuciowe z ciała muszą „wypuścić”
swoje wypustki do mózgu biorcy. Proces ten trwałby
bardzo, długo a osoba pozostawałaby sparaliżowana
i bez czucia przez wiele miesięcy lub lat.
3) Potencjalnym obejściem tego problemu, według
Canavero, jest aktywacja szlaku istoty szarej
w rdzeniu kręgowym - rdzeń nie jest jedynie pęcz-
kiem „kabli” (aksonów), ale zawiera również liczne
komórki nerwowe, tworzące lokalne sieci, wyspecjali-
zowane w różnych zadaniach, np. wytwarzania rytmu
kroku podczas chodzenia. Teoretycznie, komórki te
mogłyby dużo szybciej połączyć „zlepione” odcinki
rdzenia, bo aksony muszą odrosnąć jedynie poprzez
przecięcie. Być może zdołałyby nawiązać polaczenia
synaptyczne pomiędzy układami nerwowymi dawcy
i biorcy w ciągu paru tygodni. Pozostaje kwestią
otwartą, czy jest to możliwe i czy takie rozwiązanie
u ludzi jest w stanie zapewnić sprawność motoryczną
i powrót czucia - większość specjalistów jest nasta-
wiona sceptycznie do tego pomysłu.
Poza tymi trzema filarami reszta jest już relatywnie
„prosta” - wielotygodniowa śpiączka farmako-
logiczna, schłodzenie układu nerwowego dawcy
i biorcy do 15 stopni celem ochrony przed niedo-
tlenieniem, mikrochirurgia naczyniowa i mięśniowa
z czasowym obiegiem pozaustrojowym, immunosu-
presja na ogromną skalę, bo w tym przypadku ciało
może odrzucić głowę biorcy. Są to procedury trudne
techniczne, ale wykonalne.
Według dokładnych wyliczeń transplantacja ciała
nie będzie prostym przedsięwzięciem. Canavero
przewiduje, że zespołowi złożonemu z 150 chirurgów
zajmie to 36 godzin i pochłonie, bagatela, 12 milionów
dolarów.
W najgorszym razie (pomijając oczywiście śmierć)
osoba po takim przeszczepie będzie czuła się gorzej
niż osoba z zespołem zatrzaśnięcia - nie tylko będzie
całkowicie sparaliżowana i niezdolna do kontroli
narządów wewnętrznych i swojego otoczenia -
ale również pozbawiona czucia. Nie wiemy, jak to
wpłynie na psychikę pacjenta. Jeżeli aktywacja
istoty szarej rdzenia kręgowego powiedzie się, stan
ten może trwać tygodnie, a jeżeli nie - odrastanie
aksonów może zając lata. Kolejnym problemem jest
to, że aksony nie zawsze trafiają tam, gdzie powinny.
Pomimo ogromnej plastyczności naszego układu
nerwowego, na tym etapie plan może się również nie
powieść. Dr Hunt Batjer, prezydent elekt American
Association for Neurological Surgeons stwierdził,
że nawet w ostateczności nie poddałby się tego typu
→ procedurze, „bo są rzeczy gorsze niż śmierć”.
Po przeszczepie konieczna będzie jeszcze rehabili-
tacja. Canavero proponuje zastosować elektryczną
stymulację rdzenia kręgowego w celu pobu-
dzenia odrastania aksonów i przywrócenia jego
funkcji. To też nie jest jeszcze technika stosowana
powszechnie w klinice. Nadal efekty takiej procedury
są badane na pojedynczych pacjentach, a skutecz-
ność jest różna. Metody te nie są jeszcze dopraco-
wane ani wystandaryzowane (np. w którym miejscu
i jakie natężenie prądu zastosować). Ze wspomaga-
niem przy użyciu koktajlami neurotransmiterów jest
podobnie - nadal tego typu sposoby są sprawdzane
w ramach badań przedklinicznych na modelach zwie-
rzęcych.
Moim zdaniem, które najwyraźniej podziela większość
specjalistów, na transplant totalny jest jeszcze za
wcześnie. Plan Canavero wygląda na improwizacje:
„przeszczepmy głowę i zobaczymy, czy zadziała”.
Część procedury, która mówi o „zlepieniu” rdzenia
i szybkiej rehabilitacji to raczej daleko posunięte
spekulacje niż przewidywania oparte na twardych
faktach naukowych. W artykule opublikowanym
w „Newsweeku” (29/2013) prof. Jerzy Jabłecki,
transplantolog kończyn ze szpitala w Trzebnicy,
skomentował pomysł przeszczepu ciała krótko
i dosadnie -”Prędzej będziemy hodować jednorożce”.
Neurochirurdzy i neuronaukowcy z kraju i świata też
nie pozostawiają na Canavero suchej nitki.
Stawka jest ogromna - nawet w przypadku niepo-
wodzenia sława naukowa jest pewna. Każdy, kto
w przyszłości będzie próbować tego typu operacji,
będzie musiał odwołać się do publikacji Canavero.
Zapewni mu to nieśmiertelność w panteonie wiel-
kich odkrywców. Ale tak duża aktywność medialna,
zanim cokolwiek zostało jeszcze zrobione, suge-
ruje, że może to być bardziej szukanie publicznego
poklasku i blasku sławy.
Warto wspomnieć o ogromnym sukcesie dr Pawła
Tabakowa, którego zespół jako pierwszy na świecie
dokonał udanej częściowej naprawy rdzenia kręgo-
wego. U pacjenta z czystym, niepełnym przecięciem
rdzenia udało się, dzięki zastosowaniu komórek glejo-
wych z opuszki węchowej, doprowadzić do częściowej
naprawy rdzenia, do powrotu czucia i władzy nad
kończynami. Z medycznego punktu widzenia jest to
po pierwsze tak przełomowe dokonanie. Ponadto,
jest to modelowy przykład, jak naukowo udowodnić
skuteczności terapii. Dr Tabakow wpierw udosko-
nalił technikę na modelach zwierzęcych, potem
przeprowadził operację na pacjencie i dopiero po
dwóch latach rehabilitacji, kiedy pacjent wykazywał
poprawę stwierdzoną przez niezależnych specjali-
stów, metoda została opublikowana w czasopiśmie
naukowym i nagłośniona medialnie. Najpierw wyniki
a potem światła reflektorów, nie odwrotnie. W przy-
padku Canavero nie mamy udowodnionej skutecz-
ności „filarów”, na których się opiera i brak udanych
prób na modelach zwierzęcych.
Innym problemem jest rozbudzanie nadziei osób
chorych na to, że terapia, która ich ocali jest już
w zasięgu zaledwie kilku najbliższych lat. To niestety
jest problem większości doniesień naukowych, które
po weryfikacji nie zawsze okazują się skuteczne
i bezpieczne i nie trafiają do pacjentów. Trzeba
zachować daleko idący umiar w dawaniu obietnic.
W nauce nie przystoi odnosić się ad personam,
ale ilość wideoklipów na YouTube, artykułów w prasie
popularnej i telewizji świadczyć może o silnym
„parciu na szkło”. Sam dr Canavero przyznaje, że lubi,
jak mówią o nim „doktor Frankenstein”. Co więcej,
u sceptyka, szczególnie takiego, który czytał Stani-
sława Lema, nagromadzenie „seksownych” akro-
nimów typu HEAVEN lub GEMINI od razu podnosi
czerwoną flagę. Warto przypomnieć podobne „nakrę-
canie się” mediów w sprawie klonowania człowieka.
W 2002 Severino Antinori (przypadkiem też Włoch)
oznajmił, że sklonował zarodek człowieka, a dziecko
się urodziło i jest zdrowe - tylko, że nikt go nigdy nie
widział i nie poddał badaniom genetycznym. Sława
jego była krótka, na szczęście nauka weryfikuje tego
typu przypadki z pełną surowością.
Nie do końca zgodzę się jednak z twierdzeniem
prof. Jerzego Jabłeckiego o jednorożcach. Przeczep
totalny na chwilę obecną wydaje się niemożliwy,
ale nie istnieją prawa natury, które by zabraniały prze-
prowadzenia z sukcesem takiej procedury. Być może
w przyszłości dopracujemy szczegóły i będziemy
mogli przesiadać się z ciała do ciała. Co oczywi-
ście stworzy kolejne problemy, bo skąd brać nowe
ciała? Czy nie będzie to jedynie nieśmiertelność dla
bardzo bogatej elity, która w tym momencie dorówna
bogom?
Do poczytania
1. Canavero S. HEAVEN: The head anastomosis venture Project
outline for the first human head transplantation with spinal linkage
(GEMINI). Surg Neurol Int. 2013 Jun 13;4(Suppl 1):S335-42. doi:
10.4103/2152-7806.113444
2. Canavero S. The „Gemini” spinal cord fusion protocol: Reloaded.
Surg Neurol Int. 2015 Feb 3;6:18. doi: 10.4103/2152-7806.150674.
3. Head transplantation -- The future is now, Dr. Sergio Canavero,
TEDxLimassol https://www.youtube.com/watch?v=FV5pOO5Mt64
→
→
12 OBLICZA NEURONAUKI
13OBLICZA NEURONAUKI
8. S
chizofrenia jest „chorobą umysłu” o bardzo
złożonej etiologii. Naukowcy są zgodni,
że w powstawaniu zaburzenia znaczenie
mają czynniki genetyczne i wczesne warunki
środowiskowe. Obecnie badania koncentrują się na
neurobiologicznym podłożu tej choroby. Jaki jest
wobec tego stan wiedzy o mózgu schizofrenika?
A jak najnowsze postępy nauki mogą przyczynić się
do rozwoju tej wiedzy? Czy w rozwikłaniu podłoża
organicznego choroby mogą pomóc nam ekspery-
menty in vitro? Wreszcie, czy da się modelować
schizofrenię na komórkach?
Obecnie dane na temat mózgu pacjenta ze schizo-
frenią możemy uzyskać przede wszystkim za pomocą
nieinwazyjnych metod obrazowania mózgu, jak MRI
i PET. Czym różni się mózg schizofrenika od mózgu
zdrowego? Schizofrenicy mają powiększone komory
boczne, mniejsze płaty skroniowe i wzgórze. Analiza
PET wykazała zmniejszony metabolizm glukozy
w płacie czołowym. Jednak nie daje to wglądu
w mechanizmy molekularne, które są podłożem
obserwowanych w schizofrenii zmian.
Wobec tego, jak moglibyśmy przyjrzeć się schi-
zofrenii na poziomie komórkowym? Do tej pory
jedyną tkanką mózgu ludzkiego dostępną do badań
była tkanka uzyskana od pacjentów post mortem.
Według danych z literatury mózg schizofrenika ma
mniejszą objętość, neurony są mniejsze i tworzą
mniej połączeń synaptycznych, nieprawidłowe jest
też rozmieszczenie neuronów w korze przedczołowej
i hipokampie. Niestety, to, czy zaobserwowane dzięki
analizie histologicznej różnice są spowodowane
rzeczywiście przez chorobę, czy przez efekty uboczne
stosowanych substancji, preparatykę czy inne gene-
rujące artefakty czynniki, jest ciągle przedmiotem
dyskusji. Co więcej, mówi się o neurorozwojowym
charakterze schizofrenii, co wyklucza taką analizę
tkanki post mortem, która mogłaby wnieść istotne
KOMÓRKOWY
MODEL
SCHIZOFRENII
dane do naszej wiedzy o krytycznych zmianach
i postępie choroby.
Idealne byłoby badanie żywych komórek. Z oczy-
wistych względów nie mamy dostępu do tkanki
nerwowej żywego człowieka, pobieranie ich bezpo-
średnio z mózgu jest wykluczone. Z kolei analizo-
wanie komórek innych niż te pochodzące z mózgu
nie dostarczy nam informacji specyficznych dla
tkanki nerwowej. Próbą rozwiązania tego problemu
są modele zwierzęce, dzięki którym możemy prze-
prowadzać eksperymenty na żywych komórkach
mózgu. Stworzono kilka modeli schizofrenii np. myszy
z delecją genu Disc1, którego mutacja często wystę-
puje u chorych na schizofrenię. Jednak w tym wypadku
z powodu różnic międzygatunkowych istnieje problem
interpretacji uzyskiwanych danych.
Nowym, potężnym narzędziem do badań nad schi-
zofrenią mogą stać się indukowane pluripotencjalne
komórki macierzyste - komórki iPS (z ang. iPSC,
induced pluripotent stem cells), których uzyskiwanie
zostało opracowanie w ostatnich latach. Dzięki tech-
nikom otrzymywania komórek pluripotencjalnych
z komórek somatycznych, a następnie różnicowania
komórek iPS, możliwe stało się przeprowadzanie
eksperymentów na komórkach pobieranych od
żywych pacjentów. Dało to nadzieję na uzyskanie
zupełnie nowego wglądu w architekturę , ekspresję
genów i czynności elektryczne komórek mózgu.
Czym są komórki iPS - induced pluri-
potent stem cell?
Zacznijmy od definicji pluripotencji. Komórki wcze-
snego stadium zarodkowego mają największy poten-
cjał różnicowania, czyli mogą z nich w trakcie rozwoju
powstać wszystkie komórki budujące organizm oraz
tkanki pozazarodkowe, co oznacza, że są totipoten-
cjalne. Pierwszym stadium, w którym widoczne są
efekty różnicowania jest blastocysta. Wtedy wyod-
rębniają się komórki, które dają początek wyłącznie
tkankom pozazarodkowym i te, które tworzą wyłącznie
ciało zarodka - właśnie te komórki określamy pluripo-
tencjalnymi. Podczas kolejnych podziałów komórko-
wych potencjał ten zmniejsza się, a potomne komórki
mają coraz bardziej zawężony repertuar różnico-
wania i stają się coraz bardziej wyspecjalizowane.
Skutkuje to zmianami w ekspresji genów i wydawa-
łoby się, że jest nie odwracalne. Yamanaka w 2006
roku dokonał przełomowego odkrycia w biologii,
uhonorowanego nagrodą Nobla. Przeprowadził wraz
z Takahashi eksperyment, w którym odwrócił proces
różnicowania aż do uzyskania komórek pluripoten-
cjalnych, a więc takich, z których mogą powstać
wszystkie komórki organizmu. Do komórek soma-
tycznych został wprowadzony zestaw czynników
transkrypcyjnych (OKSM – OCT4, KLIF4, SOX2,
MYC), czyli białek wpływających na ekspresję genów,
warunkujących pluripotencję. Takie komórki - iPS,
w których zaindukowano pluripotencję, można różni-
cować w dowolną komórkę organizmu.
Znaczenie komórek iPS jest nie do przecenienia.
Sama wartość poznawcza jest imponująca, przeło-
mowa. Daje pole do badań podstawowych, choćby
nad różnicowaniem komórek. Jednak szczególnie,
wielkie nadzieje wiąże z nimi medycyna – uzyski-
wanie nowych modeli do badań nad przyczynami
chorób, testowania leków, wykorzystanie w medy-
cynie regeneracyjnej. A jakie mają znaczenie
w badaniach chorób mózgu? Dzięki zastosowaniu
odpowiednich warunków hodowli możemy zmusić
komórki iPS, żeby przekształciły się w komórki mózgu.
Neurony uzyskiwane w ten sposób wykazują właściwą
neuronom budowę, syntetyzują charakterystyczne
białka, generują potencjały czynnościowe i tworzą
połączenia synaptyczne. Dla przykładu, neurony
uzyskane z komórek iPS otrzymanych od pacjentów
z chorobą Alzheimera, charakteryzują się zaburze-
niem produkcji β-amyloidu, co jest charakterystyczne
dla tego schorzenia. Ekscytujący jest przegląd tego,
jak przeprogramowanie komórek somatycznych jest
z powodzeniem stosowane do badania chorób układu
nerwowego, od Alzheimera po choroby psychiczne,
w tym schizofrenię.
Komórki iPS w badaniu schizofrenii
Po raz pierwszy komórki iPS do modelowania schi-
zofrenii na iPS zastosowali Gage i Brennand wraz ze
współpracownikami. Zadanie jest o tyle skompliko-
wane, że schizofrenia nie ma jednoznacznie określo-
nego podłoża genetycznego. Grupie udało się uzyskać
neurony z komórek iPS od 4 pacjentów cierpiących
na schizofrenię, i zaobserwować in vitro fenotyp
NEUROBIOLOGIA
Klaudia Jączyńska
Studentka III roku biotechno-
logii w ramach Międzyobszaro-
wych Studiów Matematyczno
-Przyrodniczych UW, członkini
Studenckiego Koła Naukowego
Neurobiologii UW
→
→
→
14 OBLICZA NEURONAUKI
15OBLICZA NEURONAUKI
Developing nerve cells fot Zeiss Microscopy,
licencja CC-BY-NC-ND 2.0.
9. znany z opisywanych wcześniej analiz post mortem.
Neurony wykazują mniej połączeń między sobą, mniej
neurytów oraz zmienioną ekspresję genów w porów-
naniu z kontrolą. Nie wykazywały jednak różnic
elektrofizjologicznych. Kontrolę stanowiły neurony
uzyskane z komórek iPS od osób zdrowych.
Grupa poddała hodowle komórek iPS również dzia-
łaniu 5 leków antypsychotycznych. Ten eksperyment
jest ciekawy ze względu na zaburzenia w neuroprze-
kaźnictwie w schizofrenii, które zostały zidentyfiko-
wane na podstawie danych uzyskanych do tej pory
dostępnymi metodami, ale pozostają nierozwikłane.
Silnie ugruntowana jest teoria dopaminowa, według
której schizofrenia spowodowana jest zmianą aktyw-
ności niektórych szlaków przekazujących pobudzenia
dopaminergiczne w mózgu (np. szlak mezolim-
biczny). Leki antypsychotyczne tzw. typowe stoso-
wane w farmakoterapii działają głównie poprzez
hamowanie aktywności dopaminergicznej. Jednakże,
badania z ostatnich lat wykazują również zaburzenia
w szlakach serotoninergicznych i glutaminergicz-
nych. Ma to odzwierciedlenie w klinice, gdyż leki
atypowe, do których należy loksapina, działają także
na receptory neurotransmiterów takich jak glutami-
nian, serotonina czy GABA. W neuronach uzyskanych
z komórek iPS pacjentów tylko loksapina spowodo-
wała rozbudowę sieci połączeń między neuronami.
Inna grupa badawcza badała stres oksydacyjny, czyli
stan wynikający z braku równowagi reaktywnych
form tlenu i systemu antyoksydantów w komórce.
Istnieje teoria, że stan ten może przyczyniać się
do rozwoju objawów schizofrenii. W neuronach
uzyskanych z komórek iPS pacjentów cierpiących na
schizofrenię stwierdzono wzrost ROS (ang. reactive
oxygen species). Wyniki te były zgodne z analizą
tkanki post mortem. Poziom ROS malał w obecności
kwasu walproinowego, czyli leku stabilizującego
nastrój.
W publikowanych badaniach komórki iPS uzyskuje
się w taki sposób, jak zrobił to Yamanaka, czyli wpro-
wadzając zestaw czynników transkrypcyjnych za
pomocą wirusa niosącego geny kodujące te białka.
Różnicowanie w kierunku komórek tkanki nerwowej
indukuje się, stosując warunki hodowli z odpo-
wiednimi czynnikami wzrostu. Opracowano metody
prowadzące do uzyskiwania zasadniczych typów
komórek mózgu, od neuronów dopaminergicznych
do astrogleju. W badaniach z użyciem komórek
schizofreników wykazano zaburzone różnicowanie
komórek iPS do konkretnego typu neuronów, co z
kolei wspiera teorię neurorozwojową etiologii tej
choroby.
Za a nawet przeciw
Wyniki są obiecujące, ale metoda może budzić wiele
kontrowersji i pytań, począwszy od samych procedur
i ich powtarzalności. Czy na pewno zmieniony
fenotyp uzyskanych z komórek iPS neuronów schi-
zofreników jest wynikiem zmian chorobowych, a nie
mutacji nabytych somatycznie w komórkach wyjścio-
wych? Czy mechanizmy epigenetycznie, zachodzące
w rozwoju osobniczym, nie mają znaczenia? Trudność
oddzielenia artefaktów od zmian rzeczywiście powo-
dowanych przez schizofrenię generuje również to,
że schizofrenia nie ma jednorodnego podłoża gene-
tycznego. W przypadku przytaczanych badań wątpli-
wości budzi również użycie wirusów, które wbudowują
się w genom i mogą powodować w nim zmiany.
Nie mówiąc już o kwestiach wielkiego formatu, które
naturalnie cisną się na usta. Jak możemy redukować
tak skomplikowaną chorobę, w której występują
zaburzenia postrzegania i myślenia, nawet urojenia
i omamy; która wymaga psychoterapii i nie można
jej zdiagnozować laboratoryjnie do poziomu jedynie
molekularnego?
Chciałabym jednak spróbować uspokoić czytelników.
Jeśli chodzi o metodę możemy być spokojni, że będzie
udoskonalana i coraz ściślej kontrolowana. Chociażby
uzyskiwanie neuronów bezpośrednio z komórek
somatycznych, z pominięciem stadium pluripotencji,
wydaje się rozwiązywać wiele wątpliwości. Podejmo-
wane są próby zastępowania wirusów integrujących
czynnikami, które nie wbudowują się do genomu.
Tylko kwestią czasu jest uzyskanie lepszej wydajności
tych procedur. Samo szukanie optymalnych metod
jest fascynujące! Mogę zapewnić także, że nikt nie
planuje zastępować pozostałych modeli badawczych
czy terapii i ograniczać się wyłącznie do modelu
komórkowego. Warto pracować nad jego doskona-
leniem, ponieważ ma potencjał który umożliwiłby
zrozumienie mechanizmów choroby, zweryfikowanie
hipotez o podstawach molekularnych, ustalenie
podtypów schizofrenii czy badaniach przesiewowych
nowych terapeutyków. A, co jeszcze bardziej fascynu-
jące, być może pozwoli na tworzenie indywidualnego
profilu pacjenta i dostosowywanie do niego terapii.
→
→
Neurons, fot The Journal of Cell Biology,
licencja CC BY-NC-SA 2.0)
16 OBLICZA NEURONAUKI
17OBLICZA NEURONAUKI
11. U
czenie się jest tak naprawdę tylko przypo-
minaniem wiedzy, którą dusza posiadała
niegdyś – twierdzi Sokrates w platońskim
dialogu „Menon”. W dyskusji z tytułowym
bohaterem próbuje wykazać, że wszyscy ludzie
wiedzą dużo więcej, niż wydaje się na pozór i jeśli
odpowiednio się ich naprowadzi, są w stanie
powiedzieć o rzeczach, z ktorymi nigdy w życiu
nie mogli się zetknąć. Aby udowodnić swoją tezę,
Sokrates bierze na spytki młodego niewolnika.
Rysuje na ziemi kwadrat i zadaje chłopakowi pytania
dotyczące geometrii. Po dłuższej rozmowie okazuje
się, że młodzieniec skądś wie, czym jest przekątna
i jaki ma ona związek z polem kwadratu. Kluczowe
dla argumentacji filozofa jest to, że chłopiec – wedle
zapewnien Menona, który jest jego panem – nigdy nie
zgłębiał geomerii, wiedzy tej zatem nie mógł nabyć
w trakcie swojego życia. Dla Sokratesa oznacza to,
że wiedza twkiła ukryta w duszy chłopaka, który teraz
jedynie ją sobie przypomniał.
To przekonanie, że młody niewolnik nigdy nie uczył
się geometrii może nam się wydawać naiwne – pan
nie śledzi swojego niewolnika cały czas i nie wie,
co porabia on w nocy; nie ma też pewności, czy
kiedyś przypadkiem nie przysłuchiwał się wywodom
jakiegoś uczonego geometry. Sokrates i Menon nie
dysponują wystarczającą wiedzą, by móc odrzucić
hipotezę głoszącą, że chłopak nauczył się podstaw
geometrii.
Podobny argument spotykamy zadziwiająco często.
Naukowcy głoszący istnienie wrodzonych aspektów
zachowania - instyntów lub tzw. core knowledge,
czyli podstawowej, wrodzonej wiedzy – bardzo
często odwołują się do twierdzenia, że zwierzę lub
człowiek nie mogli się danego zachowania nauczyć.
Noam Chomsky uważał na przykład, że rodzimy się
ze specjalnymi, wrodzonymi modułami mózgowymi,
umożliwiającymi nam naukę gramatyki – twierdzenie
Błąd
Sokratesa,
czyli jak uczą
się płody
to opierał m.in. o tzw argument ubóstwa bodźców
(ang. poverty of stimulus), zgodnie z którym dziecko
słyszy za mało języka, by móc wykształcić zdolności
gramatyczne jedynie w oparciu o doświadczenie. Naty-
wiści, tacy jak np. Elizabeth Spelke przeprowadzają
z kolei badania na trzymiesięcznych dzieciach i poka-
zują, że dzieci te są zdziwione animacjami, w których
dochodzi do złamania praw fizyki. Naukowcy uważają,
że przez trzy miesiące dziecko nie miało szansy się
nauczyć wiele o świecie, stwierdzają więc, że wiedza
o prawach fizyki musi być wrodzona.
To rozumowanie jednak, jak pokażemy, jest błędne.
Zwierzęta uczą się bowiem bez przerwy –nauka ta
jednak przybiera czasem tak wyrafinowane formy,
że naukowcy nie są w stanie jej zauważyć i podobnie
jak Menon twierdzą, że obserwowany przez nie czło-
wiek (lub zwierzę) nie miało okazji się czegoś nauczyć.
Ważną przyczyną tego zjawiska jest fakt, który pozo-
stawał niedoceniony przez wiele lat badań – nauka
zaczyna się już w życiu płodowym. Na świat przycho-
dzimy rzeczywiście nie jako tabula rasa – ale tablica
ta wypełniona jest doświadczeniem, zdobytym w jajku
lub w brzuchu matki.
Jak pachnie nieznany drapieżnik?
Mechanizmy uczenia się występujące u płodów mogą
być niezwykle różnorodne i u różnych grup zwierząt
wyglądać inaczej już choćby z tego prostego powodu,
że życie embrionalne może przebiegać na rozmaite
sposoby i w rozmaitych środowiskach. Ryby i płazy
na przykład rozwijają się najczęściej w jajach skła-
danych do wody; jaja ptasie z kolei leżą w suchych
zazwyczaj gniazdach.
Wapienne skorupki ptasich jaj pozwalają na przeni-
kanie do płodu zupełnie innych czynników środowi-
skowych niż osłonki skrzeku lub ikry. W przypadku
ssaków wygląda to zaś zupełnie inaczej – embrion
NEUROBIOLOGIA
Mateusz Kostecki
Student V roku MISMaP, magi-
strant w Pracowni Neurobiolo-
gii Emocji Instytutu Nenckiego
i Pracowni Neurokognitywistyki
Rozwojowej Wydziału Psycho-
logii UW, członek Studenckiego
Koła Naukowego Neurobiologii
UW
→
znajduje się wewnątrz organizmu matki, dokąd
docierają tylko nieliczne bodźce z zewnątrz. Mimo to
u wszystkich tych grup spotkać możemy jakąś formę
uczenia się, choć za każdym razem będzie ona speł-
niała nieco inną funkcję.
W przypadku płazów może to być na przykład funkcja
związania z unikaniem drapieżników. Zwierzęta
potrafią wykazywać reakcję alarmową po wykryciu
zagrożenia – ptaki słyszące krzyk myszołowów
zrywają się do lotu, a łosie słyszące wycie wilków
uważnie rozglądają się po okolicy, gotowe w każdej
chwili rzucić się do ucieczki. Problem leży jednak
w tym, że w środowisku zamieszkiwanym przez
zwierzę często pojawiają się zupełnie nowi drapież-
nicy, z ktorymi osobniki danego gatunku mogły
nigdy nie mieć kontaktu. Wydaje się, że mecha-
nizm pozwalający na powiązanie informacji o takim
nowym zagrożeniu (np. głosu lub zapachu drapież-
nika) z odpowiednią reakcją byłby wysoce korzystny
z ewolucyjnego punktu widzenia. Co ciekawe, mecha-
nizmy takie istnieją i u płazów obecne są najprawdo-
podobniej już w życiu płodowym.
Pokazali to w eleganckim doświadczeniu badacze
z Saskatchewan University w Kanadzie i Missouri
State University w Stanach. Wykorzystali fakt, że żaby
leśne, podobnie jak inne płazy, wykazują reakcję alar-
mową na susbtancję wydzielaną przez zranionego
osobnika własnego gatunku. Reakcja ta jest bardzo
silna i wydaje się być niezależna od doświadczenia –
wykazują ją nawet osobniki, które nie wcześniej nie
miały styczności z tą substancją.
Naukowcy chcieli zobaczyć, czy żaby są w stanie
powiązać tę substancję alarmową z zapachem
nowego drapieżnika – traszki japońskiej, który to
zapach nie wywołuje reakcji alarmowej u zwykłych
żab. W tym celu trzymali skrzek żab w trzech różnych
zbiornikach. W pierwszym znajdowała się woda
z dodatkiem susbtancji alarmowej i związków zapa-
chowych otrzymanych przez trzymanie traszek
w małych pojemnikach przez dłuższy czas. W drugim
zbiorniku, stanowiącym grupę kontrolną, dodano
jedynie zapachu traszek. Ostatni zbiornik zawierał
wyłącznie wodę.
Skrzek przeniesiono do nowych zbiorników przed
wykluciem się kijanek. Po dwóch tygodniach od
wyklucia kijanki poddawane były eksperymentowi
mającemu sprawdzić, czy wykazują reakcję na zapach
traszki. Typowa reakcja kijanek na zagrożenie polega
na zredukowaniu aktywności – osobniki zaalarmo-
wane pływają mniej. Okazało się, że zwierzęta z pierw-
szej grupy, które miały do czynienia z zapachem
traszki zmieszanym z substancją alarmową reagowały
→
→
20 OBLICZA NEURONAUKI
21OBLICZA NEURONAUKI
rys. Katarzyna Wiśniewska
12. na ten zapach dokładnie w ten sposób – ich aktyw-
ność ulegała zahamowaniu.
Oznacza to, że w trakcie rozwoju embrionalnego żaby
są w stanie powiązać obecność substancji alarmowej
z zapachem nieznanego drapieżnika i po wykluciu
reagować niepokojem, gdy drapieżnik ten pojawi
się w pobliżu. Susbtancja alarmowa, wydzielana
przez zranione osobniki, jest zatem tutaj bodźcem
bezwarunkowym (podobnie jak pokarm w badaniach
Pawłowa), zapach drapieżnika zaś – bodźcem warun-
kowym (czyli – odpowiednikiem dźwięku dzwonka, na
który psy Pawłowa reagowały ślinieniem się). Mecha-
nizm ten jest bardzo korzystny – jeśli w środowisku,
w którym złożony jest skrzek drapieżnik upoluje
dorosłego osobnika, młode po wykluciu będą unikać
tego zagrożenia.
Słuchając samego siebie
Na tym jednak zdolności płodów się nie kończą.
U kaczek (np. krzyżówek) obserwowuje się zjawisko
tzw. imprintingu wokalnego. Jest to mechanizm,
dzięki któremu małe kaczątka kierują się w stronę
okrzyków wydawanych przez ich matkę. Co ciekawe,
młode preferują dźwięki nalezące do osobników ich
własnego gatunku i wykazują tę preferencję nawet
wtedy, gdy od jajka trzymane są w izolacji i nie mogą
słyszeć głosu matki. Sokrates byłby zatem z pewno-
ścią przekonany, że nie mają one szansy nauczyć się
głosów wydawanych przez samice ich gatunku. Musi
to być zatem zachowanie wrodzone. Tak jednak nie
jest.
Odkrył to Gilbert Gottlieb, jeden z najbardziej
pomysłowych etologów ubiegłego wieku. Pisklęta
na pewien czas przed wykluciem się ze skorupki
jajka przebijają jedną z wewnętrznych błon jajka
– ich głowa znajduje się wówczas w niewielkiej
komorze wypełnionej powietrzem. Gottlieb zauważył,
że właśnie wtedy pisklaki zaczynają wydawać własne
wokalizacje. Badacz nagrywał te dźwięki i porównał
je z okrzykami wydawanymi przez matkę. Na pozór
nie były do siebie podobne, głębsza analiza pozwoliła
jednak wykazać, że podobieństwa istnieją – w obu
przypadkach kolejne dźwięki były np. wydwane
w bardzo zbliżonych interwałach czasowych. Gottlieb
uznał, małe kaczątka mogą preferować wokalizacje
typowe dla ich gatunku dlatego, że słyszą swoje
własne okrzyki.
Hipoteza ta nie była łatwa do przetestowania –
należało otworzyć jajko tak, by nie uszkodzić płodu
i w jakiś sposób zablokować jego narząd głosowy
tak, by uniemożliwić kaczuszce wydawanie dźwięków.
Pierwsze próby się nie powiodły - ptaki się dusiły.
W końcu jednak Gottlieb opracował metodę, polega-
jącą na odpowiednim sklejeniu krtani kaczek. Dzięki
temu pisklaki nie wokalizowały i można było spraw-
dzić, czy w takim wypadku wykształcą wspomnianą
preferencję.
Okazało się, że nie wykształciły. Ptaki, które nie mogły
słyszeć wydawanych przez siebie w jajku dźwięków
nie odróżniały okrzyków np. kaczki krzyżówki od
okrzyków wydwanych przez inne gatunki ptaków.
Jest to zatem kolejny przykład na to, że płody również
mogą się uczyć. Widzimy jednak, że nauka ta może
przybierać bardzo nietypowe formy – mało kto
spodziewał się w tamtych czasach, że produkowane
przez samego siebie wokalizacje mogą być jednocze-
snie źródłem doświadczenia. Przykład ten dobitnie
pokazuje, że bardzo trudno jest rzeczywiście stwier-
dzić, czy zwierze mogło się czegoś nauczyć – wymaga
to złożonych i nieraz bardzo pomysłowych ekspery-
mentów.
Kaczki nie są jedynymi ptakami, które uczą się
w jajku. Bardzo ciekawy mechanizm embrional-
nego uczenia się zaobserwowano u występującej
w Australii chwostki szafirowej. Ptak ten, jak wiele
innych gatunków, zagrożony jest pasożytnictwem
gniazdowym ze strony kukułek, które, jak wiemy,
podrzucają swojej jajka do wychowania osobnikom
innych gatunków. Chwostki wykształciły jednak
bardzo ciekawy mechanizm obronny – badacze z Flin-
ders University w Adelaidze wykazali, że w trakcie
wysiadywania jajek matki wydają charakterystyczne
okrzyki. Okazuje się, że pisklaki uczą się tych wokali-
zacji i po wykluciu włączają ich fragmenty do swojego
repertuaru. Pisklęta kukułki zaś nie są w stanie naśla-
dować okrzyków przybranej matki. Dzieje się tak
dlatego, że podrzucone jajko kukułki „słyszy” okrzyki
samicy znacznie krócej niż jej naturalne potom-
stwo; wykazano zaś, że im dłuższa ekspozycja jajka
na wokalizacje, tym lepsze naśladowanie dźwięków
przez pisklęta. Działa to jak swoiste „hasło” – rodzice
reagują bowiem najsilniej na okrzyki wydawane przez
własne młode. Dzięki temu podzrucone pisklę może
otrzymywać znacznie mniej pokarmu niż przybrane
rodzeństwo.
Parlez-vous français?
Powiedzieliśmy, że płody ssaków są dobrze odizolo-
wane od zewnętrznych czynników – tak jest w istocie,
nie przeszkadza to jednak w niczym temu, by ssacze
embriony mogły się uczyć. Najlepszym przykładem
będzie tu embrion człowieka.
Już od dość dawna wiadomo, że do ludzkiego
płodu docierają dźwięki z zewnątrz. Fale dźwiękowe
rozchodzą się bowiem dość dobrze w ciele matki,
a fakt, że dziecko zanużone jest w płynie, również
temu sprzyja.
Badania pokazują, że nauka języka zaczyna się już
właśnie w brzuchu matki. Christine Moon z Pacific
Lutheran University w Tacomie wykazała na przy-
kład, że noworodki sa w stanie odróżniać samogłoski
typowe dla języka używanego przez matkę. W jej
eksperymentach mierzono to, jak długo noworodki
ssały smoczek słysząc dźwięki należące do „własnego”
lub obcego języka. Okazało się, że smoczek ssany był
dłużej wtedy, gdy dziecko słyszało język obcy; oznacza
to, że potrafiło rozróżnić samogłoski mowy, którą
miało okazję słyszeć w brzuchu matki od samogłosek
mowy nieznanej.
Zdolności noworodków wykraczają jednak poza
percepcę. Kathleen Wermke z uniwersytetu
w Würzburgu analizowała płacz noworodków, których
matki posługiwały się niemieckim lub francuskim.
Udało jej się wykazać, że mowa słyszana in utero
miała wpływ na te pierwsze wokalizacje dzieci. Jak to
zbadano?
Łatwo można zauważyć, że w języku francuskim
intonacja poszczególnych słów charakteryzuje się
wzrostem wysokości dźwięku wraz z końcem wyrazu
(francuskie słowa mają „wznoszący” się kontur melo-
dyczny) – aby to zauważyć, wystarczy wysłuchać Ne
me quitte pas Jacquesa Brela. Odwrotnie jest w przy-
padku języka niemieckiego – tutaj kontur melodyczny
opada; wysokość dźwięku jest najwyższa na początku
wyrazu, co dobrze słychać w wyrazach takich jak
müde czy mögen.
Wermke wykazała, że te różnice w melodii języka
znajdują odbicie w płaczach dzieci – elementy płaczu
francuskich dzieci miały istotnie częściej kontur
wznoszący, a niemieckich – opadający. Dzieci zatem
nie tylko biernie uczą się języka w brzuchu matki,
nauka ta przekłada się również na produkcję pierw-
szych wokalizacji.
Wobec tych danych upada teza Chomskiego głosząca,
że dzieci mają za mało czasu na nauczenie się języka.
Czasu jest bowiem wiele, jeśli uzna się fakt, że nowo-
rodek zdążył nauczyć się już całkiem sporo!
Błąd Sokratesa
Wbrew argumentom Sokratesa, niewolnik Menona
mógł w ciągu swojego krótkiego życia zetknąc się
z geometrią. Gdyby filozof dokładnie przeanalizował
życie chłopaka, być może odkryłby potencjalne źródła
doświadczenia w tej kwestii. Nie był jednak wystarcza-
jąco przenikliwy. Podobny brak przenikliwości cechuje
wielu badaczy głoszących, że dane zachowanie wystę-
pujące u ludzi lub zwierząt musi być wrodzone, gdyż
osobnik nie mógł się go wyuczyć. Czasami trzeba
sięgnąć bardzo głęboko, by odkryć, że nauka jednak
zachodzi.
Jak pokazaliśmy, często w analizie tej trzeba się cofnąć
aż do życia płodowego, najbardziej ukrytego etapu
życia wszystkich zwierząt. Okazuje się wtedy, że wcale
nie jest to bierny okres, w którym jedynym zacho-
dzącym procesem jest rozwój morfologiczny – płody
bowiem się uczą. Żaby uczą się zapachu drapież-
ników, ptaki i ludzie – głosów swoich matek, a o wielu
innych przykładach nie mamy jeszcze pojęcia.
Płynie z tego bardzo ważny wniosek – nie należy
popełniać błędu Sokratesa. Choć zapewne istnieją
zachowania, których rzeczywiście nauczyć się nie
można, uznanie a priori, że ma się do czynienia
z instynktem lub „wrodzoną wiedzą” jest przejawem
umysłowego lenistwa. Jak zgrabnie ujął to Jean-An-
toinc Guer, osiemnastowieczny przyrodnik, „nie ma
łatwiejszej rzeczy do powiedzenia o jakimkolwiek
zwierzęciu od tej, że wykazuje dane zachowanie
z powodu instynktu”. A nauka nie powinna być łatwa.
→
→
→
rys. Katarzyna Wiśniewska
22 OBLICZA NEURONAUKI
23OBLICZA NEURONAUKI
13. K
ora nowa waleni przez długie lata była
postrzegana przez naukowców jako struktura
o stosunkowo jednorodnej architekturze
komórkowej, bez wyspecjalizowanych
obszarów czy złożonej organizacji. Sądzono, że ma
ona małą ilość słabo zróżnicowanych morfologicznie
neuronów i obszarów korowych oraz niewyraźną
korę przedczołową. Jednak nowoczesne techniki
neuroanatomiczne jednoznacznie wykazały, że kora
nowa waleni charakteryzuje się wielowarstwowością
porównywalną do wielu innych ssaków lądowych.
Przyjrzyjmy się jej dokładniej.
Geneza ewolucji dużych mózgów
u waleni
Analiza materiału kopalnego czaszki i szkieletu
pozaczaszkowego zębowców pokazała, że prawa-
lenie posiadały stosunkowo małe mózgi i wykazywały
niski poziom encefalizacji, wynoszący przeciętnie 0,5
(wedługwzoruJerison).Wciąguostatnich47milionów
lat zwierzęta te przeszły dwa znaczące wzrosty
poziomu encefalizacji, z których ostatni wystąpił 15
milionów lat temu i miał związek z oddzieleniem się
rodziny delfinowatych. Pierwszy i największy wzrost
miał miejsce około 35 milionów lat temu na styku
eocenu i oligocenu i zbiegł się z wymarciem Archa-
eoceti (prawalenie) oraz powstaniem Neoceti (wcze-
snej formy współczesnych delfinów i wielorybów,
która na początku obejmowała wszystkie zębowce
i fiszbinowce). Istnieją dowody na oceaniczne zlodo-
wacenie na styku eocenu i oligocenu, kiedy to ciała
zębowców uległy zmniejszeniu, mimo że chłodniejszy
klimat zazwyczaj wpływa na wzrost rozmiarów ciała.
Z powodu zmniejszenia wielkości ciała zwierzęta
te częściej doświadczały zagrożenia życia w swoim
środowisku (drapieżnictwo), co w wyraźny sposób
wpłynęło na zmianę ich zachowania. Jedna z hipotez
dotyczących ewolucji mózgu delfinów mówi, że jego
rozmiar jest odpowiedzią na oddziaływania społeczne
Największe
mózgi świata -
neurobiologia
waleni
związane z wymogiem efektywnego funkcjonowania.
Istnieją jednak inne hipotezy, łączące wzrost wielkości
mózgu z echolokacją. W 2006 roku powstała teza, że
mózgi waleni są duże, ponieważ zawierają wyjątkowo
dużą liczbę termogenicznych komórek glejowych,
która znacznie wzrosła tylko po to, aby przeciwdziałać
stratom ciepła.
Ciekawego odkrycia dokonał zespół Xu, identyfikując
u waleni gen ASPM, do tej pory zbadany jedynie
u naczelnych. Mutacja w tym genie u ludzi powoduje
poważne obniżenie objętości kory. Analizy pokazały
dwa etapy silnego doboru pozytywnego genu ASPM
u waleni. Pierwszy miał miejsce, gdy zębowce oddzie-
liły się od fiszbinowców; drugi, gdy zębowce rozdzieliły
się na delfinowate i resztę. Oba rzędy musiały w swej
historii doświadczyć presji ewolucyjnej. Duży mózg
dawał im przewagę w środowisku, w którym żyły.
U zębowców, a następnie u delfinowatych wzrost wiel-
kości mózgu był prawdopodobnie związany z powsta-
niem echolokacji lub/i zostało wymuszone przez
życie w złożonych grupach społecznych. Wynik badań
sugeruje konwergencję ewolucji z molekularnego
punku widzenia.
Neuroanatomia
Morfologia mózgu waleni odzwierciedla anatomiczne
i strukturalne zmiany czaszki, związane z adaptacją
ucha i nozdrzy do środowiska wodnego. Skutkiem
było skrócenie części przedniej wzdłuż osi dziób–
ogon, proliferacja tkanki w regionach skroniowych
i ciemieniowych oraz poszerzenie boczne. Mózg
delfina jest w odmienny sposób podzielony na 3 płaty:
płat limbiczny (m.in. zakręt obręczy, hipokamp),
płat paralimbiczny (region pośredniczący) oraz płat
supralimbiczny (płat kresomózgowia). Jest to przy-
kład radykalnego odejścia od typowego wzoru kory
u ssaków lądowych. Płat supralimbiczny zbudowany
jest z tego samego rodzaju kory co rejon przed-
NEUROBIOLOGIA
Joanna Boruszak
absolwentka MISMaP na UW,
zrealizowała pracę licencjacką
na temat konwergencji inte-
ligencji wybranych gatunków
z rzędu naczelnych i waleni
w Zakładzie Fizjologii Zwierząt
UW, obecnie psycholog w Klini-
ce Pediatrii IMiD, z zamiłowania
fotograf
→
czołowy i tym samym najprawdopodobniej to on
odpowiedzialny jest za wyższe funkcje poznawcze.
Rezultatem odmiennego rozwoju kory nowej jest
widoczna i niemal pionowa bruzda Sylwiusza (szcze-
lina boczna) otoczona dośrodkowo w kierunku
wierzchołka półkuli przez odpowiednio: ectosylvian,
suprasylvian, boczne i przednie bruzdy.
W toku ewolucji dorosłe zębowce całkowicie utra-
ciły struktury węchowe. Ich płody posiadają małe
opuszki, które zanikają całkowicie wkrótce po naro-
dzinach. Całkowita utrata systemu węchowego
u zębowców może być skorelowana ze zmianami
w ich układzie limbicznym, znajdującym się w części
brzuszno-bocznej w stosunku do wzgórza. System
ten ma duży udział w przetwarzaniu i emocjonalnym
tworzeniu śladów pamięciowych. Utrata węchu
spowodowała znaczne zmniejszenie hipokampa
(części kory starej), sklepienia i ciał suteczkowa-
tych. Z drugiej strony, ciało migdałowate zębowców
jest duże i dobrze rozwinięte, co świadczy o zacho-
waniu rozbudowanych niewęchowych dróg wejścia
do tej struktury. Istnieją przypuszczenia, że niektóre
funkcje uczenia się i pamięci zostały przeniesione
na bardzo dobrze rozwiniętą korę płata limbicznego,
zawierającą dobrze rozwinięty zakręt obręczy, wyspę
i, podobnie jak u ptaków. zakręt przyhipokampowy.
Struktury słuchowe w mózgach zębowców są
znacznie powiększone. Nerw przedsionkowo-ślima-
kowy ma dużą średnicę i składa się w większym
stopniu z włókien z części ślimakowej niż z przedsion-
kowej – czyli głównie z części słuchowej, a nie z błęd-
nika. Takie struktury, jak jądro ślimakowe brzuszne,
ciało czworoboczne, wstęga boczna i wzgórki czwo-
racze dolne, są znacznie powiększone w stosunku
do tych występujących u ssaków lądowych.
Delfiny posiadają duży móżdżek, znacznie przewyż-
szający wielkością móżdżek naczelnych. U osobników
z rzędu waleni odpowiada on nie tylko za koordynację
ruchową mięśni znajdujących się po tej samej stronie
ciała, tak jak u naczelnych, ale dodatkowo za procesy
kognitywne.
Mózg waleni charakteryzuje się wysokim stopniem
niezależności półkul. Spowodowane jest to małym
ciałem modzelowatym łączącym obie półkule. Dzięki
temu delfin w czasie snu unosi się na głębokości około
50 cm pod powierzchnią tafli wody, mając jedno oko
otwarte. Dzieje się tak z powodu inaktywacji jedynie
jednej półkuli i możliwego braku fazy snu REM,
w której dochodzi do szybkich ruchów gałek ocznych.
→
→
24 OBLICZA NEURONAUKI
25OBLICZA NEURONAUKI
rys. Monika Pabian
14. Obszar korowy
Mózg waleni charakteryzuje się największym wśród
ssaków pofałdowaniem kory nowej, które określa się,
używając stosunku powierzchni do całkowitej masy
mózgu. Powierzchnia kory nowej człowieka mierzy
około 2275 cm2, a łączna średnia waga mózgu to
1.300 g, dlatego wskaźnik pofałdowania dla Homo
sapiens wynosi 1.75. Powierzchnia kory nowej delfina
butlonosego i delfina zwyczajnego to odpowiednio
3745 cm2 i 2136 cm2, a średni ciężar mózgu wynosi
1.587 g i 802 g, co daje wskaźniki równe 2.4 i 2.7.
Za pomocą objętości i gęstości komórek, możliwe
jest obliczenie liczby neuronów korowych. Ludzie
mają największą liczbę neuronów korowych (ok. 1,2
x 1010). Mimo że powierzchnia kory u człowieka
jest dużo mniejsza niż u waleni czy słoni, to jest ona
dwukrotnie grubsza (2–3 mm) i ma znacznie wyższą
gęstość komórek. Neurony w ludzkiej korze mają
średnio 29 800 synaps, w wyniku czego jest ich ok
3,6 x 1014. Liczba synaps u słoni i waleni nie została
dotychczas poznana. Istotny parametr zdolności
do przetwarzania informacji (IPC) to szybkość prze-
wodzenia włókien korowych, która zależy od średnicy
otoczki mielinowej, wyraźnie grubszej u naczelnych
niż u słoni czy waleni. Cieńsze włókna mają znacznie
mniejszą szybkość przewodzenia. Ponadto średnia
odległość między neuronami u słoni i waleni jest
większa, co jeszcze bardziej ogranicza ich zdolność
przetwarzania informacji.
Cytoarchitektura kory nowej
Badania cytoarchitektury kory nowej kilku gatunków
waleni ujawniają wyraźnie rozpoznawalne korowe
obszary i regionalną złożoność. Warstwy III i VI
różnią się znacznie grubością i gęstością w zależ-
ności od regionu. W korze nowej nie występuje ziarni-
stoś ze względu na brak lub słabo rozwiniętą warstwę
IV, która pojawia się w korze płodu i u nowo narodzo-
nych delfinów butlonosych, ale bardzo szybko zanika.
Może to świadczyć o regresyjnym charakterze tej
struktury. Poza tym kora waleni składa się z węższych
warstw niż kora nowa naczelnych. Dodatkowo specy-
ficzny wzór korowy zauważa się w pierwszorzę-
dowej korze wzrokowej (V1) i słuchowej (A1), gdzie
kolumny neuronów w warstwach V i VI są związane
z konkretnymi regionami wzgórza. Brak warstwy IV,
grubość warstw I i wzór warstwy VI może oznaczać,
że interakcje wzgórzowo-korowe waleni zależą od
zupełnie innego systemu połączeń niż u większości
gatunków lądowych.
Morfologiczna (i prawdopodobnie funkcjonalna)
różnorodność neuronów korowych (np. liczba ich
podtypów) wzrasta wraz z wielkością kory. Badania,
dotyczące podziału kory nowej i morfologii neuronów
w zakresie ekspresji neurochemicznych markerów
(takich jak wiążące wapń białka) pokazują, że orga-
nizacja molekularna przypomina tę występującą
u ssaków kopytnych i jednocześnie odróżnia tę grupę
od innych, odzwierciedlając filogenetyczne relacje
między ewolucyjnie odległymi gałęziami ssaków.
Kora przedczołowa
Płat czołowy, a szczególnie kora przedczołowa, trak-
towany jest jako podłoże neurologiczne dla pamięci
roboczej, świadomości, myślenia i wyższych czynno-
ści poznawczych. Z tego względu korę przedczołową
(PFC) można uznać za „siedlisko” rozumu i plano-
wania działań. U waleni nie występuje rozbudowany
region czołowy, co skłoniło niektórych badaczy do na-
zwania przedniego regionu mózgu waleni „płatem or-
bitalnym”. Jest to jeden z zasadniczych punktów, wo-
kół których toczy się dyskusja związana z istnieniem
u tych zwierząt samoświadomości. W mózgu waleni
funkcje kory przedczołowej przejęły najpewniej kora
wyspowa (FI) i zakręt obręczy, które u tych zwierząt
znacznie się rozwinęły.
Grupowanie się neuronów
w warstwie i waleni
Inną godną uwagi właściwością kory nowej waleni
jest grupowanie się neuronów w warstwie II przedniej
części wyspy. Szczególnie duże skupiska znaleziono
u małych zębowców oraz w korze skroniowej i poty-
licznej niektórych fiszbinowców. Prawdopodobnie taki
wzorzec budowy kształtowany jest przez wzgórzowo
-korowe drogi wstępujące oraz długość projekcji połą-
czeń korowo-korowych między różnymi obszarami
kory mózgowej. Taka organizacja reprezentuje ekono-
miczną strategię wydajnego „okablowania” dużego
mózgu. Wzór warstwy II, porównywalny do tych
opisywanych u waleni, został również zauważony w
przedniej części kory wyspy i przypuszczalnie w korze
somatosensorycznej hipopotama karłowatego oraz
u morsa.
Nie ma dowodów na to, że „system waleni” nie
jest w stanie wspierać złożonego przetwarzania,
podobnego do tego u naczelnych. Warto jednak być
ostrożnym w posługiwaniu się ludzkimi zmysłami
i intelektem w celu zrozumienia procesów umysło-
wych zachodzących u waleni. W toku ewolucji przy-
stosowały się one bowiem do środowiska, które dla
ludzi jest zupełnie obce, więc inteligencja waleni może
okazać się zupełnie odmienna od naszej.
→
T
o pytanie zadawane jest dzisiaj często
w rozmaitych kontekstach, a wszelkie
próby odpowiedzi związane są zazwyczaj
z wartościowaniem. Jeżeli dana cecha
jest zdeterminowana biologicznie, uważa się ją
za konieczną i niepodatną na zmiany. Wpływ biologii
na kulturę jest przy tym oczywisty, kultura natomiast
na biologię wpływać oczywiście nie może. Czy aby
na pewno jest to takie proste?
Współczesna antropologia i neuroantropologia
przyjmują w tej dyskusji przede wszystkim perspek-
tywę najnowszych odkryć z dziedziny genetyki
i biologii. Od dawna wiemy już bowiem, że geny nie
determinują w pełni tego, kim jesteśmy i jak funk-
cjonujemy. Klasyczną genetykę Mendla stosujemy
głównie do pewnych cech czy rzadkich chorób, takich
jak choroba Huntingtona, anemia sierpowata czy
hemofilia, gdzie konkretne geny i ich mutacje możemy
zidentyfikować (na przykład dzięki tak wspaniałym
przedsięwzięciom, jak Human Genome Project).
W przeciwieństwie do chorób monogenetycznych,
choroby i zaburzenia występujące znacznie częściej,
Czy kultura
może
kształtować
mózg,
czyli
odwieczny
dylemat:
Natura
vs kultura
takie jak choroba Alzheimera czy schizofrenia,
są uważane za skutek współdziałania wielu czyn-
ników, zarówno genetycznych (ale nie pojedynczego
genu, jak to ma miejsce np. w chorobie Huntingtona)
jak i środowiskowych, przy czym przez środowisko
rozumie się już wody płodowe i organizm matki.
Jak istotny wpływ może mieć środowisko na rozwój
chorób o komponencie genetycznej? Gdy przejrzymy
statystyki chorób psychicznych, zobaczymy, że wystę-
pują one znacznie częściej w krajach średnio i mało
rozwiniętych1
oraz że prawdopodobieństwo wystą-
pienia tych chorób wzrasta znacząco w rodzinach
ubogich.
NEUROPSYCHOLOGIA
Anna Bugaj
mgr UW, obecnie studiuje
psychologię, na stałe miesz-
ka w Norwegii. Interesuje się
neuroantropologią, fizjologią
i zaburzeniami osi HPA.
→
1
Zależy to od statystyk, jakie się ogląda. Owszem, odsetek schizofrenii
jest np. wyższy wśród obywateli USA z niższym dochodem per capita,
ale jest to nadal wynik z kraju wysoko rozwiniętego, gdzie działa diagno-
styka. W krajach, w których problemem jest głód, nie ma pieniędzy
na diagnostyke psychiatryczną. Odsetek diagnozowanych przypadków
autyzmu jest np. dużo wyższy w Dolinie Krzemowej niż w innych
częściach Stanów, ale na to ma wpływ wiek rodziców i uwarunkowania
genetyczne pracowników koncernów informatycznych. Jeśli natomiast
weżmie się pod uwagę szersze grono pacjentów, to statystyka nie
wykazuje wpływu warunków socjo-ekonomicznych na występowanie
autyzmu (przyp.red.meryt.)
26 OBLICZA NEURONAUKI
27OBLICZA NEURONAUKI
15. Biali, wykształceni z krajów
demokratycznych
Nierówności społeczne i ekonomiczne są jednym
z ważnych tematów dla neuroantropologii, gdyż, jako
dziedzina wywodząca się z antropologii, skupia się
ona na ogromnej różnorodności w obrębie gatunku
ludzkiego. Jednym z najcięższych zarzutów ze strony
neuroantropologii wobec nauk społecznych jest to,
że osoby badane dobierane są na zasadzie WEIRD
(dziwacznie, tu: niereprezentatywnie). Akronim ten
określa charakterystykę najczęściej badanych osób:
White, Educated, form Industrialized countries, Rich,
from Democratic countries (białych, wykształco-
nych, bogatych, pochodzących z krajów rozwinię-
tych i demokratycznych). Neuroantropologia za cel
stawia sobie badania międzykulturowe, prowadzone
także w kontekście danej kultury i usiłujące wyjaśniać
pewne zjawiska również za pomocą narzędzi i języka
tej kultury. Jest to tzw. emic perspective - czyli próba
badania danego zjawiska przy użyciu języka (termi-
nologii) danej grupy czy kultury. Taka perspektywa
ułatwia zrozumienie różnorodności i pozwala ograni-
czyć, do pewnego stopnia, etnocentryzm, dąży także
do objęcia badaniami grup wykluczonych.
Rozumienie różnorodności czynników kulturowych
i ich wpływu na postrzeganie rzeczywistości ma duże
znaczenie dla lepszego zrozumienia chorób psychicz-
nych. Przykładem mogą tu być badania epidemio-
logiczne depresji, prowadzone przez Ventevogla
w 2013 roku w dotkniętych konfliktem krajach Afryki.
W badaniach tych skupiono się raczej na podej-
ściu jakościowym, typowym dla nauk społecznych,
a zwłaszcza dla antropologii. Badanych proszono
o odpowiedzi na pytania otwarte dotyczące objawów
depresji, ale bez jakichkolwiek sugestii do opisów
zawartych w DSM. Okazało się, że u badanych wystę-
pują objawy diagnostyczne, ale również istotne
różnice w nacisku, jaki badani kładli na poszczególne
objawy. I tak na przykład mieszkańcy Południowego
Sudanu bardzo mocno podkreślali objawy fizjolo-
giczne, takie jak ucisk w żołądku czy rozwolnienie.
Także nazwa „depresja” różniła się w zależności
od społeczności, co wskazuje na różnice w postrze-
ganiu tej choroby – „skurczony żołądek”, „nadmiar
myśli”, „zmęczona głowa”. Nazwy te kontrastują
dość wyraźnie z typowymi określeniami zachodnimi,
np. „choroba duszy”.
Człowiek – istota biokulturowa
Bardzo ciekawym i z założenia interdyscyplinarnym
nurtem antropologii jest amerykańska Four Field
Anthropology, na którą składają się: antropologia
biologiczna, kładąca nacisk na teorię ewolucji
i biologię rozwojową (np. nurt evo-devo), antro-
pologia kulturowa, lingwistyczna i archeologiczna.
Tak szeroki zakres perspektyw, dzięki którym nauka
ta usiłuje odpowiedzieć na pytanie, co to znaczy być
człowiekiem, umożliwia, a wręcz nakazuje wyjście
poza dualizmy natura-kultura, umysł-ciało. Tak pojęta
antropologia oraz wyrosła na jej gruncie neuroantro-
pologia definiuje człowieka jako istotę biokulturową
(bio-cultural), a odpowiedź na pytanie o to, jak kształ-
tuje się stosunek wpływu biologii i kultury na nasze
zachowania, może brzmieć (tu pozwolę sobie zacy-
tować profesora Terrence’a Deacona z Uniwerystetu
Berkeley): „Geny to 100%, a kultura to… 100%”.
Jak to wygląda w odniesieniu do naszego mózgu?
Na czym właściwie polega wyjątkowość człowieka
w świecie przyrody? Czy zauważyliście, że człowiek,
w odróżnieniu od większości innych ssaków, rodzi się
zupełnie niezdolny do samodzielnego życia? Wynika
to ze swoistego kompromisu – głowa noworodka
musi przejść przez kanał rodny, który w następstwie
przyjęcia postawy wyprostowanej uległ u Homo
sapiens zwężeniu. Jednocześnie mózg tego gatunku
jest znacznie większy i bardziej rozwinięty niż mózgi
innych naczelnych. Mózg i układ nerwowy człowieka,
ze względu na swoją specyfikę, rozwija się również
po narodzeniu, kształtowany przez daną kulturę.
Antropologowie lubią mówić, że aby wychować
dziecko, potrzeba całej wioski. Oznacza to, że człowiek
od samego początku ma kontakt z określoną lokalnie
kulturą, która wpływa na kształtowanie się w jego
mózgu konkretnych struktur i połączeń.
Bardzo ciekawym przykładem takiego zależnego
od kultury kształtowania się struktur są badania
funkcjonowania kory wzrokowej u Amerykanów
i Chińczyków w czasie oglądania obrazów typu figu-
ra-tło. Badania z wykorzystaniem fMRI, opublikowane
przez Jenkinsa w 2010, potwierdzają, że adaptacje
kory potylicznej do obrazów z figurą niepasującą
do tła różnią się u bu narodowości. Azjaci wykazują
zdecydowanie lepszą adaptację i silniejszą aktywację
sygnału BOLD obszarach LOC i PPA (Lateral Occipital
Cortex i Parahippocampal Place Area), co oznacza,
że podczas oglądania obrazków „bezsensownych”
(np. pralka na tle piramid) neurony w tym obszarze
zużywają więcej tlenu i są bardziej aktywne niż
u Amerykanów – mózg Azjaty musi wykonać więcej
pracy, żeby przetworzyć docierające do niego niekon-
gruentne dane i uporządkować je w dostępnym kultu-
rowo kontekście. Badania te korespondują z wynikami
podobnych badań z zastosowaniem eye-trackera
i potwierdzają, że proces przetwarzania obrazów jest
inny u Azjatów niż u Amerykanów2
. Jako reprezentanci
tzw. kultury kolektywistycznej, w której kładzie się
nacisk na relacje, a nie na osoby, inaczej przetwarzają
obrazy, w których figura nie pasuje do tła, i są bardziej
wrażliwi na niespójności kontekstowe niż Amery-
kanie, reprezentujący kulturę indywidualistyczną,
gdzie relacje są drugorzędne i postrzegane raczej
jako „funkcja” osoby. Powołując się na swoje wyniki
oraz na wcześniejsze badania, Jenkins konkluduje:
„te badania wskazują, że funkcjonowanie w danej
kulturze może wpływać na połączenia neuronowe,
leżące u podstaw percepcji wzrokowej”.
Neuroantropologia w odniesieniu do takich badań
posługuje się pojęciem Encultured Brain – mózg
ukształtowany przez kulturę. Jest to w pewnym
sensie koncepcja analogiczna do koncepcji uciele-
śnienia (embodiment), proponowanej przez Antonio
Damasio. On również zwraca uwagę na to, że nie
sposób oddzielić umysł od ciała. Neuroantropologia
idzie dalej – ciało jest kształtowane poprzez kulturę,
w której istnieje, biologia może podlegać wpływom
kulturowym, nie są to dziedziny oddzielone od siebie,
lecz przenikające się i wynikające z siebie nawzajem.
Kolejne badanie zostało przeprowadzone przez
Daniela Lende’a . Dotyczy ono neurofizjologicznych
mechanizmów uzależnienia w kontekście lokalnych
rytuałów i praktyk. Zostało przeprowadzone na
kolumbijskich nastolatkach uzależnionych od heroiny.
Z badania tego dowiadujemy się, że kompulsywne
zażywanie narkotyku jest warunkowane w bardzo
dużym stopniu czynnikami kulturowymi i kontek-
stowymi. Lende opisuje badaną młodzież, jako
osoby pozbawione wsparcia społecznego zarówno
w domu, jak i w szkole, żyjące na marginesie lokalnej
społeczności. Powołuje się przy tym na specyficzne
mechanizmy wykluczenia związane z nierównościami
społecznymi. Uzależnienie, rozumiane jako akty-
wacja dopaminergicznego szlaku mezolimbicznego,
rozpoczyna się u tych osób nie w momencie kontaktu
z heroiną, lecz dopiero wtedy, gdy zażywanie narko-
tyku staje się częścią pewnego rytuału i kontekstu,
który nadaje zażywaniu znaczenie i sens.
Wspomniany wyżej Danel Lende jest (razem
z Gregiem Downey’em) twórcą neuroantropologii
i organizatorem pierwszej konferencji tego nurtu,
która odbyła się w roku 2009 pod nazwą Encultured
Brain. Na stronie internetowej neuroanthropology.
net twórcy tego kierunku piszą: „Neuroantropologia
ma 4 zasadnicze zadania: 1. zrozumienie interakcji
mózg-kultura i jej implikacji dla naszego rozu-
mienia umysłu, zachowań i ja (self); 2. zbadanie roli
układu nerwowego w tworzeniu struktur społecznych;
3. zapewnienie możliwości empirycznego i krytycz-
nego zbadania wzajemnych oddziaływań miedzy
neuronauką a teoriami na temat mózgu; 4. zapew-
nienie nowej syntezy i rozwoju naukowej teorii o czło-
wieczeństwie”.
Pomost między humanistyką a na-
ukami przyrodniczymi
Jak powiedział w jednym z wywiadów noblista Eric
Kandel, który opisał molekularne podstawy pamięci,
dziś bardzo potrzebujemy pomostu pomiędzy
naukami humanistycznymi a przyrodniczymi. Jednym
z celów neuroantropologii jest właśnie szeroko
zakrojona współpraca interdyscyplinarna i odcho-
dzenie od wszelkich dualizmów, które oddalają nas
od zrozumienia całościowego. Antropologia amery-
kańska, dzięki temu, że kładzie nacisk na antropologię
biologiczną, przyczynia się bardzo do kształtowania
interdyscyplinarnego podejścia. Miejmy nadzieję,
że taki kierunek odnajdziemy również w Europie
i kurs teorii ewolucji oraz podstawowy kurs genetyki
będą na kierunkach humanistycznych obowiązkowe.
Nie sposób mówić o człowieku i badać go, pomijając
całkowicie biologię, nie sposób jednak także pomijać
wpływ czynników kulturowych na kształtowanie się
układu nerwowego.
→
→
→
rys. Jasiek Garstka
2
Jeden mały szkopuł - zarówno Amerykanie, jak i Chińczycy byli badani
w Illinois, co oznacza, że ci ostatni przynajmniej od jakiegoś czasu byli
wystawieni na działanie kultury tych pierwszych. (przyp.red.meryt.)
28 OBLICZA NEURONAUKI
29OBLICZA NEURONAUKI