Neurologiczny portret ludzkiego umysłu

Nancy Kanwisher, pionierka metody neuroobrazowania, używa aparatu MRI, by obserwować aktywność obszarów mózgowych (często swoich własnych). Dzieli się refleksjami na temat swoich odkryć i odkryć kolegów po fachu: mózg składa się z wysoce wyspecjalizowanych komponentów oraz mechanizmu o ogólnym zastosowaniu. Kolejna niespodzianka: jeszcze wiele można się nauczyć.

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)