Czy neuronauka od wieków była na złym torze? Justina Pickarda/Flickr, CC BY-SA

Zrozumienie ludzkiego mózgu jest prawdopodobnie największym wyzwaniem współczesnej nauki. ten wiodące podejście dla większości po 200 latach polega na łączeniu jego funkcji z różnymi regionami mózgu, a nawet pojedynczymi neuronami (komórkami mózgowymi). Ale ostatnie badania coraz częściej sugeruje że możemy podążać całkowicie złą drogą, jeśli mamy kiedykolwiek zrozumieć ludzki umysł.

Pomysł, że mózg składa się z wielu regionów, które wykonują określone zadania, jest znany jako „modułowość”. I na pierwszy rzut oka odniósł sukces. Może na przykład wyjaśnić, w jaki sposób rozpoznajemy twarze, aktywując łańcuch określonych obszarów mózgu w potyliczny i płaty skroniowe. Jednak ciała są przetwarzane przez inny zestaw obszarów mózgu. Naukowcy uważają, że jeszcze inne obszary – regiony pamięci – pomagają łączyć te bodźce percepcyjne w celu tworzenia holistycznych reprezentacji ludzi. Aktywność niektórych obszarów mózgu również została związane z określonymi stanami i chorobami.

Powodem, dla którego to podejście jest tak popularne, są częściowo technologie, które dają nam bezprecedensowy wgląd w mózg. Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI), który śledzi zmiany w przepływie krwi w mózgu, pozwala naukowcom widzieć, jak obszary mózgu zapalają się w odpowiedzi na aktywność – pomagając im mapować funkcje. W międzyczasie, Optogenetyka, technika wykorzystująca modyfikację genetyczną neuronów w celu kontrolowania ich aktywności elektrycznej za pomocą impulsów świetlnych – może pomóc nam zbadać ich specyficzny wkład w funkcjonowanie mózgu.

Podczas gdy oba podejścia generują fascynujące wyniki, nie jest jasne, czy kiedykolwiek dostarczą one sensownego zrozumienia mózgu. Neurobiolog, który znajdzie korelację między neuronem lub obszarem mózgu a konkretnym, ale w zasadzie arbitralnym parametrem fizycznym, takim jak ból, będzie kuszony do wyciągnięcia wniosku, że ten neuron lub ta część mózgu kontroluje ból. To ironia losu, ponieważ nawet w neuronaukowcach nieodłączną funkcją mózgu jest znajdowanie korelacji – niezależnie od wykonywanego zadania.

Ale co, gdybyśmy zamiast tego rozważyli możliwość, że wszystkie funkcje mózgu są rozmieszczone w mózgu i że wszystkie części mózgu przyczyniają się do wszystkich funkcji? Jeśli tak jest, to znalezione do tej pory korelacje mogą być doskonałą pułapką intelektu. Następnie musimy rozwiązać problem interakcji regionu lub typu neuronu o określonej funkcji z innymi częściami mózgu w celu wygenerowania sensownego, zintegrowanego zachowania. Jak dotąd nie ma ogólnego rozwiązania tego problemu – tylko hipotezy w konkretnych przypadkach, np. dotyczące rozpoznawania osób.

Problem można zilustrować niedawnym badaniem, które wykazało, że psychodeliczny lek LSD może: zakłócić organizację modułową które mogą wyjaśnić wizję. Co więcej, poziom dezorganizacji jest związany z nasileniem „rozpadu jaźni”, którego ludzie często doświadczają podczas zażywania narkotyku. Badanie wykazało, że lek wpływał na sposób, w jaki kilka regionów mózgu komunikowało się z resztą mózgu, zwiększając ich poziom łączności. Więc jeśli kiedykolwiek chcemy zrozumieć, czym naprawdę jest nasze poczucie siebie, musimy zrozumieć podstawową łączność między regionami mózgu jako część złożonej sieci.

Droga naprzód?

Niektórzy badacze teraz uwierz mózg i jego choroby w ogóle można rozumieć tylko jako wzajemne oddziaływanie między ogromną liczbą neuronów rozmieszczonych w ośrodkowym układzie nerwowym. Funkcja każdego neuronu zależy od funkcji wszystkich tysięcy neuronów, z którymi jest połączony. Te z kolei są zależne od cudzych. Ten sam region lub ten sam neuron może być używany w ogromnej liczbie kontekstów, ale ma różne specyficzne funkcje w zależności od kontekstu.

Rzeczywiście, może to być drobna perturbacja tych wzajemnych oddziaływań między neuronami, która poprzez efekty lawinowe w sieciach powoduje stany takie jak depresja lub choroba Parkinsona. Tak czy inaczej, musimy zrozumieć mechanizmy sieci, aby zrozumieć przyczyny i objawy tych chorób. Bez pełnego obrazu prawdopodobnie nie będziemy w stanie skutecznie wyleczyć tych i wielu innych schorzeń.

W szczególności neuronauka musi zacząć badać, w jaki sposób konfiguracje sieci powstają w wyniku trwających całe życie prób zrozumienia przez mózg świata. Musimy również uzyskać jasny obraz tego, jak kora mózgowa, pień mózgu i móżdżek współdziałają z mięśniami oraz dziesiątkami tysięcy optycznych i mechanicznych czujników naszego ciała, aby stworzyć jeden, zintegrowany obraz.

Połączenie z powrotem do fizycznej rzeczywistości to jedyny sposób na zrozumienie, w jaki sposób informacje są reprezentowane w mózgu. Jednym z powodów, dla których mamy system nerwowy, jest to, że ewolucja mobilności wymagała systemu kontroli. Funkcje poznawcze, umysłowe – a nawet myśli – można uznać za mechanizmy, które ewoluowały w porządku lepiej zaplanować konsekwencje ruchu i działań.

Tak więc drogą naprzód dla neuronauki może być skupienie się bardziej na ogólnych zapisach neuronalnych (z optogenetyką lub fMRI) – bez dążenia do tego, aby każdy neuron lub region mózgu był odpowiedzialny za jakąkolwiek konkretną funkcję. Mogłoby to zostać wykorzystane w badaniach teoretycznych sieci, które mają potencjał, aby uwzględnić różnorodne obserwacje i zapewnić zintegrowane wyjaśnienie funkcjonalne. W rzeczywistości taka teoria powinna pomóc nam w projektowaniu eksperymentów, a nie tylko na odwrót.

Główne przeszkody

Nie będzie to jednak łatwe. Obecne technologie są drogie – inwestuje się w nie duże środki finansowe oraz prestiż krajowy i międzynarodowy. Inną przeszkodą jest to, że ludzki umysł ma tendencję do przedkładania prostszych rozwiązań nad złożone wyjaśnienia, nawet jeśli te pierwsze mogą mieć ograniczoną moc wyjaśniania ustaleń.

Cała relacja między neuronauką a przemysłem farmaceutycznym również opiera się na modelu modułowym. Typowe strategie, jeśli chodzi o powszechne choroby neurologiczne i psychiatryczne, to identyfikacja jednego typu receptora w mózgu, na który można nakierować leki, aby rozwiązać cały problem.

Na przykład leki z grupy SSRI – które blokują wchłanianie serotoniny w mózgu, dzięki czemu więcej jest swobodnie dostępnych – są obecnie stosowane w leczeniu wielu różnych problemów ze zdrowiem psychicznym, w tym depresji. Ale nie działają dla wielu pacjentów i może być efekt placebo zaangażowany, kiedy to robią.

Podobnie padaczka jest dziś powszechnie postrzegana jako pojedyncza choroba i jest… leczeni lekami przeciwdrgawkowymi, które działają poprzez tłumienie aktywności cała kolekcja neurony. Takie leki też nie działają na wszystkich. Rzeczywiście, może się zdarzyć, że każda najmniejsza perturbacja obwodów w mózgu – wynikająca z jednego z tysięcy różnych wyzwalaczy, unikalnych dla każdego pacjenta – może wprowadzić mózg w stan padaczkowy.

W ten sposób neuronauka stopniowo traci kompas na swojej rzekomej ścieżce do zrozumienia mózgu. To absolutnie kluczowe, abyśmy zrobili to dobrze. Nie tylko może być kluczem do zrozumienia niektórych z największych tajemnic znanych nauce – takich jak świadomość – może również pomóc w leczeniu ogromnej liczby wyniszczających i kosztownych problemów zdrowotnych.

O autorze

Henrik Jörntell, starszy wykładowca neuronauki, Uniwersytet w Lund

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon