Opowiem dzisiaj o projekcie,
który przeprowadzają
naukowcy z całego świata,
żeby nakreślić neurologiczny obraz ludzkiego umysłu.
Głównym założeniem jest to,
że ludzki umysł i mózg
to nie pojedynczy procesor ogólnego użytku,
ale zbiór
wysoko wyspecjalizowanych komponentów,
z których każdy rozwiązuje konkretny problem.
Wszystkie razem wpływają na to,
kim jesteśmy jako ludzie i istoty myślące.
Żeby to sobie uświadomić,
weźmy następujący scenariusz.
Wchodzisz do przedszkola.
Jak zwykle mnóstwo dzieci czeka,
by ktoś je odebrał.
Jednak tym razem
dziecięce twarze są dziwnie podobne.
Nie wiesz, które dziecko jest twoje.
Czyżby potrzebne były nowe okulary?
A może tracisz zmysły?
W myślach szybko robisz rozeznanie.
Zdaje się, że myślisz trzeźwo.
Ze wzrokiem wszystko jest w porządku.
Wszystko wydaje się normalne,
oprócz twarzy dzieci.
Widzisz te twarze,
ale one się niczym nie różnią.
Żadna nie wydaje się znajoma.
Tylko dzięki pomarańczowej kokardzie
odnajdujesz wreszcie własną córkę.
Nagła utrata zdolności rozróżniania twarzy
faktycznie się zdarza.
Nazywa się prozopagnozja
i wynika z uszkodzenia
konkretnej części mózgu.
Uderzające jest to,
że szwankuje tylko rozpoznawanie twarzy.
Wszystko inne jest normalne.
Prozopagnozja to tylko jedno z zaskakujących zaburzeń umysłu,
który zdarza się po uszkodzeniu mózgu.
Wszystkie to objawy razem
przez długi czas kazały myśleć,
że umysł dzieli się na osobne komponenty.
Próba odkrycia tych części
nabrała rozpędu
wraz z wynalezieniem technologii obrazowania mózgu,
zwłaszcza metody rezonansu magnetycznego.
MRI umożliwia zajrzenie do wnętrza
w wysokiej rozdzielczości.
Za moment pokażę wam
serię przekrojowych zdjęć wykonanych za pomocą MRI
przez znajomy obiekt.
Przejrzymy obrazy,
a wy spróbujecie zgadnąć, co to jest.
Zaczynajmy.
To nie jest proste. To karczoch.
Spróbujmy czegoś innego.
Zaczynamy od dołu i potem w górę.
Brokuły!
Czy to nie piękne? Uwielbiam to.
A teraz inny. To mózg, rzecz jasna.
W dodatku to mój mózg.
Przejdziemy przez części głowy.
To mój nos, tam po prawej.
Teraz przesuniemy się tutaj.
Ładne zdjęcie, jeśli mogę się pochwalić,
ale to ukazuje wyłącznie anatomię.
Prawdziwy postęp w obrazowaniu funkcjonalnym
nastąpił, gdy naukowcy odkryli,
jak robić zdjęcia nie samej anatomii, ale aktywności,
czyli impulsów nerwowych.
Oto, jak to działa.
Mózgi są jak mięśnie.
Kiedy są aktywne,
potrzebują więcej krwi, by zasilić tę aktywność.
Na szczęście dla nas,
kontrola przepływu krwi do mózgu jest miejscowa.
Jeśli wiązka neuronów, na przykład tu,
uaktywni się,
to wówczas przepływ krwi przyspiesza w tym miejscu.
Funkcjonalne MRI wyłapuje to przyspieszenie przepływu.
Uzyskujemy większą reakcję MRI tam,
gdzie wzrasta aktywność.
Żeby bardziej wam przybliżyć,
o co chodzi z eksperymentem funkcjonalnego MRI
i czego można się dowiedzieć,
a czego nie,
opiszę wam jedne z moich pierwszych badań.
Chcieliśmy wiedzieć,
czy jest specjalna część mózgu, która rozpoznaje twarze.
Były ku temu przesłanki.
Znaliśmy zjawisko prozopagnozji,
opisałam je przed chwilą.
Ale nikt wcześniej nie widział
takiej części mózgu u normalnej osoby.
Zaczęliśmy jej szukać.
Ja byłam pierwszą osobą badaną.
Weszłam do skanera, położyłam się na plecach.
Starałam się nie ruszać głową,
gdy patrzyłam na zdjęcia tego typu twarzy
i tego typu obiektów.
Twarze i obiekty pokazywane godzinami.
Jako osoba bliska osiągnięcia światowego rekordu
w liczbie godzin spędzonych w skanerze,
mogę powiedzieć, że jedna z umiejętności,
niezwykle ważnych dla badań MRI
to kontrola pęcherza.
(Śmiech)
Kiedy wyszłam ze skanera,
szybko przeanalizowałam dane.
Szukałam części mózgu,
które silniej reagowały na twarze
niż na obiekty.
Oto, co zobaczyłam.
Ten obraz wydaje się okropny według dzisiejszych standardów.
Wtedy jednak myślałam, że to piękne.
Widać tu ten oto region,
tę małą plamkę wielkości oliwki
na dolnej powierzchni mózgu,
około cala z tego miejsca.
Ta część mojego mózgu
cechuje się największą reaktywnością MRI.
Większa nerwowa aktywność,
kiedy obserwowałam twarze
niż kiedy patrzyłam na obiekty.
To było niezłe,
ale skąd wiadomo, że to nie przypadek?
Najłatwiej to sprawdzić,
gdy się powtórzy eksperyment.
Wróciłam do skanera.
Patrzyłam na więcej twarzy oraz obiektów.
Punkt był w podobnym miejscu.
Zrobiłam to znowu.
I znowu.
I znowu. I jeszcze raz.
Po tych powtórzeniach
byłam skłonna uznać to za fakt.
Ale może to mój mózg jest dziwny
nikt nie będzie mnie przypominał.
Dla pewności przeskanowaliśmy inne osoby.
Zauważyłam, że właściwie wszyscy mają ten obszar
odpowiedzialny za rozpoznawanie twarzy
w podobnych rejonach mózgu.
Następne pytanie brzmiało:
Czym to właściwie się zajmuje?
Czy zajmuje się wyłącznie rozpoznawaniem twarzy?
A może nie?
Może reaguje nie tylko na twarze,
ale też inne części ciała.
Może reaguje na cokolwiek ludzkiego
albo żywego.
Albo coś okrągłego.
Jedyny sposób, by upewnić się,
że ten region specjalizuje się w rozpoznawaniu twarzy,
to wykluczyć wszystkie te hipotezy.
Spędziliśmy następne lata
na skanowaniu osób
patrzących na różne rodzaje zdjęć.
Dowiedliśmy, że ta część mózgu
silnie reaguje przy oglądaniu
dowolnych zdjęć różnych twarzy
i reaguje słabiej na zdjęcia
nieprzedstawiające twarzy.
Takie jak te.
Czy w końcu ustaliliśmy,
że ta część mózgu jest niezbędna, by rozpoznawać twarze?
Wcale nie.
Obrazowanie mózgu nigdy nie pokaże,
czy dana część mózgu jest do czegoś niezbędna.
Obrazowaniu mózgu pokazuje tylko,
jak regiony się uaktywniają
w zależności od różnych myśli.
Żeby mieć pewność, że dana część mózgu jest niezbędna,
trzeba by ją zniszczyć i zobaczyć, co się stanie.
Zazwyczaj nie mamy takich możliwości.
Ale pojawiła się cudowna okazja,
kiedy koledzy badali
tego chorego na padaczkę.
Tutaj widać go w szpitalnym łóżku,
po tym jak założono mu elektrody
na powierzchni mózgu,
aby rozpoznać źródło ataków.
Całkiem przypadkiem okazało się,
że dwie z elektrod znalazły się
nad obszarem rozpoznającym twarze.
Za zgodą pacjenta
lekarze pytali go, co się dzieje,
kiedy stymulują tę część mózgu.
Pacjent nie wie,
gdzie są te elektrody.
Nie słyszał o obszarze rozpoznającym twarze.
Zobaczmy, co się dzieje.
Zacznie się to od stanu kontrolnego,
z prawie niewidocznym napisem "lipa"
na czerwono w lewym dolnym rogu,
gdy nie jest dostarczany prąd.
Usłyszycie jak neurolog mówi do pacjenta.
(Wideo) Neurolog: Spójrz na moją twarz
i powiedz, co się dzieje, kiedy to robię.
W porządku?
Pacjent: W porządku.
Neurolog: Raz, dwa, trzy.
Pacjent: Nic. Neurolog: Nic? Jasne.
Zrobię to jeszcze raz.
Spójrz na moją twarz.
Raz, dwa, trzy.
Pacjent: Jesteś kimś innym.
Twarz ci się zmieniła.
Nos przekrzywił się na lewo.
Wyglądałeś prawie jak ktoś, kogo kiedyś widziałem.
Ale ktoś inny.
To był odlot.
(Śmiech)
(Brawa)
Ten eksperyment ujawnia w końcu,
że ten obszar mózgu nie tylko
wybiórczo reaguje na twarze,
ale przyczynowo wiąże się z postrzeganiem twarzy.
Przeanalizowałam szczegóły o tym obszarze,
chcąc zobaczyć, czego trzeba,
aby stwierdzić, że ta część mózgu
angażuje się w konkretny proces umysłowy.
Teraz trochę szybciej zaprezentuję
inne wyspecjalizowane regiony mózgu,
które ja i inni badacze odkryliśmy.
Żeby to zrobić, spędziłam mnóstwo czasu
w skanerze przez ostatni miesiąc,
żeby móc pokazać te rzeczy w moim mózgu.
Zaczynajmy. To moja prawa półkula.
Głowa jest skierowana w tę stronę.
Usuwamy czaszkę.
I widać mózg o tak.
Jak widać,
powierzchnia mózgu jest pofałdowana.
Niedobrze. Coś tam może się chować.
Chcemy wszystko zobaczyć.
Nadmuchajmy to, by wszystko zobaczyć.
Potem znajdźmy obszar rozpoznający twarze,
który reaguje na tego typu obrazy.
Żeby to zobaczyć, obróćmy mózg.
Spójrzmy na wewnętrzną dolną powierzchnię.
Tutaj jest mój obszar rozpoznający twarze.
Zaraz po prawej stronie jest inny obszar.
Pokazany na fioletowo.
Reaguje, gdy przetwarza się informacje o kolorach.
Niedaleko są inne obszary,
zaangażowane w postrzeganie miejsc.
Przykładowo teraz widzę przestrzeń dookoła.
Te zielone regiony
są naprawdę aktywne.
Jeszcze jeden poza tą powierzchnią.
Tam również jest kilka obszarów rozpoznających twarze.
W pobliżu znajduje się obszar
wybiórczo zaangażowany
w przetwarzanie postrzeganego ruchu,
takiego jak te ruchome punkty.
Zaznaczony na żółto na dole mózgu
i obok tego jest obszar, który reaguje,
na oglądanie ciał i części ciała, jak te.
Ten region jest zielonkawy,
na dnie mózgu.
Wszystkie obszary, które wam pokazałam,
biorą udział w konkretnych aspektach percepcji wizualnej.
Czy mamy wyspecjalizowane obszary
dla innych zmysłów, na przykład słuchu?
Tak, mamy. Jeśli trochę obrócimy mózg,
widać ciemnoniebieski obszar,
odkryty tylko parę miesięcy temu.
Ten obszar silnie reaguje,
gdy słyszycie dźwięki o wyraźnym rejestrze.
(Syreny)
(Wiolonczela)
(Dzwonek do drzwi)
Jednocześnie ten sam obszar nie reaguje tak silnie,
gdy słyszycie znajome dźwięki,
które nie mają wyraźnego rejestru, takie jak te.
(Chrupanie)
(Werbel)
(Spłukiwanie toalety)
Obok obszaru rozpoznającego tony
jest kilka innych obszarów,
które wybiórczo reagują na dźwięki mowy.
Spójrzmy na te same obszary.
W mojej lewej półkuli jest podobny układ,
nie identyczny, ale podobny.
Wiele z tych samych obszarów tu się znajduje,
choć czasem różnią się wielkością.
Wszystko, co wam do tej pory pokazałam,
to obszary zaangażowane w różne aspekty postrzegania,
wzroku i słuchu.
Czy mamy wyspecjalizowane obszary
dla wymyślnych, skomplikowanych procesów umysłowych?
Tak, mamy.
Na różowo są moje obszary językowe.
Od dawna wiadomo,
że okolice mózgu
angażują się w przetwarzanie języka,
ale niedawno pokazaliśmy,
że te różowe obszary
reagują bardzo wybiórczo.
Reagują, gdy rozumiemy znaczenie zdania,
ale nie podczas złożonych operacji myślowych,
takich jak liczenie w pamięci,
czy przechowywanie informacji w pamięci
albo docenianie złożonej struktury
utworu muzycznego.
Najbardziej zadziwiająca sfera odkryta do tej pory
to ta tutaj zaznaczona na turkusowo.
Ten obszar reaguje,
gdy zastanawiacie się, o czym myśli druga osoba.
To wydaje się szalone,
ale właściwie ludzie robią to cały czas.
Robisz to, gdy zdasz sobie sprawę,
że partner będzie się martwił,
jeśli nie zadzwonisz, że wrócisz później.
To samo dzieje się teraz z moim mózgiem,
kiedy pomyślę sobie,
że zastanawia was teraz
ten szary, nieznany obszar mózgu.
O co z nim chodzi?
Też się nad tym zastanawiam.
Przeprowadzamy teraz kilka badań w laboratorium,
staramy się odkryć
inne możliwe specjalizacje mózgu
związane z konkretnymi funkcjami umysłowymi.
Co ważne, nie mamy raczej
specjalizacji w mózgu
dla każdej ważnej umysłowej funkcji.
Nawet dla funkcji istotnych dla przeżycia.
Kilka lat temu
naukowiec w moim laboratorium,
był przekonany,
że odkrył sferę w mózgu,
która wyczuwa jedzenie
i reaguje silniej w skanerze,
gdy ludzie patrzą na takie zdjęcia.
Potem odkrył podobną reakcję
w mniej więcej tym samym miejscu
u 10 na 12 badanych.
Był bardzo podekscytowany,
biegał po całej pracowni
i mówił, że pójdzie do telewizji
i opowie o swym odkryciu.
Jednak potem wymyślił test sprawdzający.
Pokazał badanym zdjęcia jedzenia, jak te,
i porównał je do obrazów podobnych pod względem koloru i kształtu
ale nie jadalnych, jak te.
Jego obszar reagował tak samo
przy obu zestawach zdjęć.
To nie był obszar jedzenia,
tylko obszar lubiący kolory i kształty.
I tyle z telewizji.
Pozostaje oczywiście pytanie,
jak przetwarzamy te informacje,
dla których nie mamy wyspecjalizowanych obszarów mózgu?
Wydaje mi się, że oprócz opisanych już,
wysoce wyspecjalizowanych komponentów,
mamy także mechanizm ogólnego użytku,
który pozwala nam
poradzić sobie z dowolnymi problemami.
W gruncie rzeczy udowodniliśmy ostatnio,
że te białe obszary
reagują za każdym razem,
gdy zmagamy się z jakimkolwiek trudnym zadaniem,
z tych siedmiu, które przebadaliśmy.
Każdy obszar omówiony do tej pory
znajduje się mniej więcej w tym samym miejscu
u każdego badanego.
Mogłabym kogokolwiek z was
wsadzić do skanera
i znaleźć opisany obszar w waszym mózgu.
Wyglądałby tak samo, jak u mnie,
z nieznacznymi różnicami
co do umiejscowienia i rozmiaru.
W tej pracy jest dla mnie ważne
nie konkretne umiejscowienie tych obszarów w mózgu,
ale prosty fakt, że w ogóle mamy
wybiórcze, określone komponenty umysłu i mózgu.
Mogło przecież być inaczej.
Mózg mógł być jednym wielkim
urządzeniem do ogólnych celów,
bardziej jak nóż kuchenny
niż szwajcarski scyzoryk.
Zamiast tego neuroobrazowanie pokazało,
jak bogaty i ciekawy jest obraz ludzkiego umysłu.
Mamy wyobrażenie o służącym do ogólnych celów
mechanizmie w głowach,
jako dodatku do zaskakującego zbioru
bardzo wyspecjalizowanych komponentów.
Nasze przedsięwzięcie dopiero się zaczyna.
To pierwsze pociągnięcia pędzla
w neurologicznym portrecie ludzkiego umysłu.
Najbardziej fundamentalne pytanie pozostaje bez odpowiedzi.
Co konkretnie robią te obszary?
Na co nam trzy obszary do rozpoznawania twarzy
i trzy do miejsc?
Jak dzielą się pracą?
Po drugie jak te wszystkie rzeczy
są powiązane z mózgiem?
Za pomocą obrazowania dyfuzyjnego
można śledzić wiązki neuronów,
które łączą różne części mózgu.
Za pomocą tej metody
można śledzić powiązania pojedynczych neuronów w mózgu.
Pewnie kiedyś uzyskamy schemat połączeń
w ludzkim mózgu.
Po trzecie jak powstają
te bardzo systematyczne struktury,
zarówno w dzieciństwie
jak i podczas ewolucji gatunku?
By odpowiedzieć na te pytania,
naukowcy skanują obecnie
inne gatunki zwierząt.
Skanują także małe dzieci.
Usprawiedliwia się wysokie koszty badań neurobiologicznych tym,
że być może kiedyś nam pomogą
w leczeniu schorzeń typu Alzheimer czy autyzm.
To bardzo doniosły cel.
Będę poruszona, jeśli moja praca się do tego przyczyni.
Ale naprawianie wad tego świata
to nie jedyna rzecz, którą warto się zajmować.
Próba zrozumienia ludzkiego umysłu i mózgu
jest zawsze wartościowa,
nawet jeśli nie wyleczy ani jednej choroby.
Co jest bardziej ekscytującego
od zrozumienia podstawowych mechanizmów
rządzących ludzkim doświadczeniem,
czyli zrozumienia, kim właściwie jesteśmy?
Uważam, że to największe ze wszystkich
wyzwanie nauki.
(Brawa)