Neurálny portrét ľudskej mysle

Priekopníčka v oblasti mozgového výskumu Nancy Kanwisher zobrazuje pomocou funkčnej magnetickej rezonancie (fMRI) aktivitu jednotlivých oblastí mozgu – často svojho vlastného. Rozpráva, čo pri tom ona a jej kolegovia zistili: Mozog sa skladá z veľmi špecifických komponentov a z mnohoúčelového „aparátu“ okolo. Ďalšie prekvapenie: veľa toho ešte nepoznáme.

Dnes vám chcem predstaviť projekt,

ktorý spája vedcov z celého sveta

s cieľom namaľovať
neurálny portrét ľudskej mysle.

Naša práca sa zakladá
na kľúčovej predstave,

že ľudská myseľ a mozog

nie sú jedným mnohoúčelovým procesorom,

ale súborom vysoko špecializovaných častí,

ktoré majú svoje špecifické úlohy

a pritom spoločne vytvárajú

identitu každého z nás
ako mysliacej ľudskej bytosti.

Pre ilustráciu,
predstavte si tento scenár:

Prídete po svoje dieťa do škôlky

a ako vždy tam kopa detí
čaká na svojich rodičov,

ale čudné je, že tentokrát
sa tváričky všetkých detí podobajú

a vy neviete rozpoznať to svoje.

Potrebujete nové okuliare?

Alebo ste sa zbláznili?

Hlavou vám bežia takéto možnosti.

Nie, zdá sa, že vám to myslí jasne

a zrak vám slúži výborne.

Všetko vyzerá normálne,

okrem tých detských tvárí.

Vidíte ich, ale nedajú sa rozlíšiť;

žiadna vám nie je známa

a dcérku si nájdete len vďaka tomu,

že ste zazreli jej oranžovú mašľu.

Takýto náhly výpadok
schopnosti rozoznávať tváre

sa naozaj ľuďom môže prihodiť.

Volá sa to prozopagnózia

a dôvodom je poškodenie
istej časti mozgu.

Zvláštne je, že narušené je
len rozpoznávanie tvárí;

všetko ostatné funguje.

Prozopagnózia je jednou z mnohých

prekvapivo špecifických mentálnych porúch,

spôsobených poškodením mozgu.

Takéto syndrómy
nás už dlho viedli k predstave,

že myseľ je rozdelená na časti,

ale pátranie po týchto častiach
sa raketovo urýchlilo

až s príchodom techník
zobrazovania mozgu,

najmä magnetickej rezonancie (MRI).

Tá umožňuje vidieť vnútornú anatómiu
vo vysokom rozlíšení.

Teraz vám ukážem niekoľko MRI snímok,

zobrazujúcich rezy bežnými vecami.

Rýchlo nimi preletíme
a vy môžete hádať, čo je čo.

Ideme na to.

Nie je to také ľahké. To bol artičok.

Skúsme ďalší,

ide to odspodu smerom hore.

Brokolica! Je to hlávka brokolice.

Parádne, že?

OK, poďme na ďalší. Jasné, je to mozog.

V skutočnosti môj mozog.

Prechádzame rezmi mojou hlavou.

To napravo je môj nos,

prechádzame takto orientovanými rezmi.

Pekný obrázok, ak sa môžem pochváliť,

ale zobrazuje len anatómiu.

Ozaj veľký pokrok vo funkčnom zobrazovaní

nastal, keď vedci prišli na to,
ako zobraziť nielen anatómiu,

ale aj aktivitu, teda neurónové vzruchy.

Funguje to takto:

Mozog je ako sval.

Keď sa aktivuje,
potrebuje väčší prietok krvi

a našťastie pre nás
je prietok krvi v mozgu riadený lokálne.

Takže ak sa, povedzme, tu aktivuje
zväzok neurónov a vyšle vzruch,

prietok krvi sa zvýši práve na tom mieste.

Funkčné MRI zachytí ten zvýšený prietok

a výsledný MRI signál bude silnejší tam,

kde vzrástla neurónová aktivita.

Aby ste mali konkrétnejšiu predstavu

o tom, ako taký experiment
s funkčným MRI prebieha,

čo sa pomocou neho dá a čo nedá zistiť,

popíšem vám jeden
z mojich prvých výskumov.

Chceli sme zistiť, či v mozgu existuje
špecifická oblasť na rozpoznávanie tvárí.

Mali sme dôvod také niečo očakávať

na základe prozopagnózie,
ktorú som spomínala pre chvíľou.

Nikomu sa však ešte nepodarilo

zobraziť danú oblasť v mozgu zdravej osoby

a my sme sa o to chceli pokúsiť.

Prvým pokusným králikom som bola ja.

Ľahla som si v skeneri na chrbát,

snažila sa nepohnúť hlavou

a uprene sledovala fotky tvárí,

ako sú tieto,

a predmetov, ako sú tieto,

a tváre a predmety…
celé hodiny.

Takže ako držiteľka
takmer svetového rekordu

v celkovom počte hodín
strávených v MRI skeneri

prehlasujem, že jednou z kľúčových
schopností pri MRI výskume

je ovládanie močového mechúra.

(smiech)

Keď som zo skenera vyliezla,

rýchlo som si prešla získané dáta,

hľadajúc oblasti mozgu,

kde bol signál silnejší pri tvárach,
než pri predmetoch.

A uvidela som toto.

Tento obrázok je dosť hrozný
z hľadiska dnešných štandardov,

ale vtedy mi prišiel krásny.

Ukazuje túto oblasť –
fliačik veľkosti olivy –

na spodnom okraji môjho mozgu,

ani nie 3 cm dovnútra odtiaľto.

To je tá časť môjho mozgu,

ktorá vykazuje vyšší MRI signál,

tzn. vyššiu neurónovú aktivitu,

keď sa pozerám na tváre,
než keď sa pozerám na predmety.

To je dosť dobré,

ale ako vieme, že to nebola len náhoda?

Najjednoduchšie je
ten experiment zopakovať.

Takže znovu do skenera;

tentokrát som videla
ešte viac tvárí a predmetov

a výsledkom bol podobný fliačik.

A potom ešte raz a ešte raz

a znova a znova,

a až potom som uverila,
že to je naozaj tak.

Ale čo ak je to len zvláštnosť môjho mozgu

a nikto iný tam takúto oblasť nemá?

Takže sme skenovali niekoľko ďalších ľudí

a zistili, že zrejme každý má
túto malú oblasť rozpoznávania tvárí

na podobnom mieste v mozgu.

Tak prišla na rad otázka:

Čo tá oblasť presne robí?

Špecializuje sa len
na rozpoznávanie tvárí?

Čo ak nie?

Možno reaguje aj na iné časti tela.

Možno na čokoľvek ľudské

alebo na čokoľvek živé,

alebo na čokoľvek okrúhle.

Jediný spôsob, ako dokázať,
že ide práve len o rozpoznávanie tvárí,

je vyvrátiť všetky podobné hypotézy.

Takže pár ďalších rokov sme venovali

skenovaniu ľudí pozerajúcich sa
na všetky možné obrázky,

a zistili sme, že daná mozgová oblasť

silno reaguje na obraz akejkoľvek tváre

a oveľa menej na predmety,
ktoré tvárami nie sú,

napríklad takéto.

Takže teraz už sme dokázali,

že tá oblasť je potrebná
na rozpoznávanie tvárí?

Ešte stále nie.

Zobrazovanie mozgu vám nikdy nepotvrdí,

že nejaká oblasť je na niečo potrebná.

Dokáže len zachytiť,
ako sa oblasti zapínajú a vypínajú

podľa toho, na čo človek myslí.

Aby ste dokázali, že daná oblasť
je pre určitú mentálnu funkciu potrebná,

musíte ju vyradiť a čakať, čo to urobí.

A do toho sa normálne nepúšťame.

Ale skvelá príležitosť sa naskytla,

keď nedávno moji kolegovia

vyšetrovali muža trpiaceho na epilepsiu.

Tu ho vidíte na nemocničnom lôžku;

na povrch mozgu mu umiestnili elektródy,

aby zistili, prečo trpí záchvatmi.

Úplnou náhodou boli dve z elektród

práve nad oblasťou rozpoznávania tvárí.

S jeho súhlasom mu lekári
elektricky stimulovali danú oblasť

a pýtali sa, čo sa pri tom deje.

Pacient samozrejme nevedel,
kde presne elektródy mal,

a o oblasti pre tváre nikdy nepočul.

Pustím vám, ako to dopadlo.

Začína to kontrolným pokusom;

dolu vľavo sa červeným ukáže „SHAM“,

vtedy, keď sú elektródy vypnuté.

Najprv bude k pacientovi hovoriť neurológ.

(video) Neurológ: Pozerajte sa mi do tváre

a povedzte, čo sa stane, keď spravím toto.

Dobre?

Pacient: OK.

Neurológ: Raz, dva, tri.

Pacient: Nič.
Neurológ: Nič? OK.

Skúsim ešte raz.

Pozerajte sa mi do tváre.

Raz, dva, tri.

Pacient: Zmenili ste sa na niekoho iného.

Vaša tvár sa premenila.

Mali ste nakrivo nos, trochu doľava.

Ako keby ste mi niekoho pripomínali,

no neboli ste to vy.

To bola haluz.

(smiech)

Nancy Kanwisher: Až tento experiment –

(potlesk) –

až tento experiment konečne dokázal,

že daná oblasť nielenže
selektívne reaguje na tváre,

ale kauzálne sa zapája do vnímania tvárí.

Všetky tieto detaily o oblasti pre tváre

som spomenula preto, aby som vám ukázala,

čo všetko treba na preukázanie,

že určitá oblasť sa selektívne podieľa
na špecifickom mentálnom deji.

Teraz si, už oveľa rýchlejšie, prejdeme

ďalšie špecializované oblasti mozgu,

ktoré sme my alebo iní vedci našli.

Minulý mesiac som kvôli tomu strávila

veľa času v skeneri,

takže vám to môžem
ukázať na vlastnom mozgu.

Poďme na to. Toto je moja pravá hemisféra.

Sme orientovaní tak,
že vidíte moju hlavy z tejto strany.

Predstavte si, že sa pozeráte
na povrch môjho mozgu, pod lebku.

Ako vidíte, povrch mozgu
je celý zvrásnený.

To nie je dobré; časť je tým skrytá.

Chceme vidieť celý povrch,

tak ho trošku nafúkneme.

Teraz nájdeme našu oblasť pre tváre,

tú, čo reaguje na takéto fotky.

Na to musíme mozog otočiť a pozrieť sa
na jeho spodný vnútorný povrch.

Tu ju máme: moja oblasť pre tváre.

Hneď napravo od nej, tá fialová oblasť,

tá spracováva informácie o farbách

a neďaleko sú oblasti
zapojené do vnímania priestoru.

Napríklad keď teraz vidím
usporiadanie tohto priestoru,

tie zelené oblasti sa mi aktivujú.

Ďalšiu máme zas na vonkajšom povrchu;

pozostáva z niekoľkých
ďalších oblastí pre tváre.

S nimi susedí oblasť

selektívne zapojená
do spracovania vizuálneho pohybu,

napríklad takýchto bodiek.

To je tá žltá na spodnej strane.

A v jej blízkosti je oblasť,

ktorá sa aktivuje pri pohľade
na telá a časti tela, ako sú tieto.

Je svetlozelená, tiež naspodku.

Všetky oblasti, čo som vám ukázala,

súvisia so špecifickými aspektmi
zrakového vnímania.

Máme obdobné oblasti aj pre iné zmysly,

napríklad pre sluch?

Áno, máme. Zase mozog trochu pootáčame

a máme tu tmavomodrú zónu,

ktorú sme popísali len pred pár mesiacmi,

a tá silno reaguje na zvuky určitej výšky,

napríklad takéto:

(zvuk sirény)

(hra na čelo)

(zvonček)

Oproti tomu oveľa slabšie reaguje

na známe zvuky, ktoré nemajú jasnú výšku:

(tlieskanie)

(bicie)

(spláchnutie)

Vedľa oblasti pre výšku tónu

je skupinka ďalších oblastí,

ktoré selektívne reagujú na zvuk reči.

Teraz sa pozrime na rovnaké oblasti
v mojej ľavej hemisfére,

tá je usporiadaná podobne,
hoci nie úplne rovnako

a väčšina oblastí tu je,

aj keď môžu byť odlišne veľké.

Všetko, čo som vám doteraz ukázala,

sú oblasti aktívne
pri rôznych aspektoch vnímania,

zraku a sluchu.

Máme aj špeciálne oblasti mozgu

na zložité duševné procesy?

Áno, máme.

Ružovou sú označené moje oblasti pre reč.

Dlho sa vedelo,

že niekde v tej časti mozgu

sa spracováva reč,

ale až nedávno sme ukázali,

že práve tieto ružové oblasti

reagujú veľmi selektívne.

Reagujú, ak rozumiete zmyslu vety,

ale nie pri iných komplexných
duševných činnostiach,

ako je počítanie z hlavy,

zapamätanie si informácie

alebo počúvanie zložitej hudobnej skladby.

Najfascinujúcejšou oblasťou,

akú sme zatiaľ odhalili,

je táto tyrkysová.

Aktivuje sa, keď rozmýšľate o tom,

na čo myslí niekto iný.

Znie to šialene,

ale v skutočnosti
to my, ľudia, robíme stále.

Napríklad, keď si uvedomíte,

že váš partner sa bude strachovať,

keď nezavoláte, že prídete neskoro.

A u mňa sa tá oblasť aktivuje práve teraz,

lebo som si uvedomila,

že vás zrejme zaujíma

všetka tá sivá, nepopísaná
mozgová hmota okolo:

Tá je na čo?

No to by som aj ja rada vedela

a v našom laboratóriu práve pátrame

po ďalších potenciálnych

špecializovaných oblastiach

pre iné špecifické duševné funkcie.

Dôležité ale je, že pravdepodobne

neexistuje špecializovaná oblasť

pre každú dôležitú mentálnu funkciu,

a to ani pre každú z tých,
čo sú nevyhnutné na prežitie.

Napríklad pred pár rokmi

pracoval v našom laboratóriu jeden vedec,

ktorý bol presvedčený, že objavil oblasť

zodpovednú za vyhľadávanie jedla.

Reagovala ozaj silne,

keď sa osoby v skeneri
pozerali na takéto obrázky.

Navyše dostal viac-menej rovnaký výsledok

u 10 z 12 ďalších pokusných osôb.

Samozrejme bol celý rozohnený,

behal po labáku a každému hovoril,

že sa s tým veľkým objavom
dostane do „Oprah“.

Ale potom spravil rozhodujúci test:

Pokusným osobám ukázal obrázky jedla

a kontrolnej skupine ukázal

obrázky veľmi podobné tvarom a farbou,

ktoré však neboli jedlo, napríklad tieto.

A jeho oblasť reagovala
na oba súbory rovnako.

Takže to nebola oblasť pre jedlo,

len sa jej páčili farby a tvary.

Toľko k „Oprah“.

Vynára sa samozrejme otázka:

Ako teda spracúvame vnemy,

pre ktoré nemáme špecializované oblasti?

Myslím, že odpoveď sa skrýva v tom,

že okrem tých špecializovaných oblastí,

o ktorých som hovorila,

máme v hlave aj mnohoúčelový aparát,

ktorý sa pustí do každej úlohy,

aká sa objaví.

Nedávno sa nám podarilo ukázať,

že tieto biele oblasti sa aktivujú vždy,

keď riešite nejakú náročnú úlohu,

presnejšie nejakú z tých siedmich,
čo sme testovali.

Každá z oblastí, o ktorých som hovorila,

sa nachádza na viac-menej rovnakom mieste

u každého zdravého človeka.

Keby som kohokoľvek z vás
zavrela do skenera,

našla by som príslušné oblasti

na veľmi podobných miestach
ako v mojom mozgu,

hoci by sa presnou polohou
a veľkosťou jemne líšili.

Čo mi na tom celom príde najdôležitejšie,

nie je ani tak presné umiestnenie
jednotlivých oblastí

ako samotná skutočnosť, že v mozgu máme

selektívne, špecifické komponenty.

Veď by to tak nemuselo byť.

Mozog by mohol byť jedným veľkým

mnohoúčelovým procesorom,

skôr kuchynským nožom

než švajčiarskym nožíkom.

Ale namiesto toho priniesli
zobrazovacie techniky

tento pestrý a zaujímavý
obrázok ľudskej mysle.

Celkový obraz pozostáva teda
z mnohoúčelového zariadenia

dopĺňajúceho prekvapivú paletu

úzko špecializovaných komponentov.

S týmto podnikom ešte len začíname.

Namaľovali sme len prvé ťahy štetcom

do nášho neurálneho portrétu
ľudskej mysle.

Tie najzákladnejšie otázky
zostávajú nezodpovedané.

Napríklad ako presne tie oblasti fungujú?

Načo potrebujeme tri oblasti pre tváre

a tri pre miesta?

A ako si potom delia prácu?

Po druhé, ako sú v mozgu

všetky tieto súčasti prepojené?

Pomocou difúznej rezonancie

sa dajú zobraziť neurónové zväzky

prepájajúce rôzne časti mozgu

a touto metódou

zas zobrazíte prepojenia
jednotlivých neurónov v mozgu,

takže raz snáď získame

zapojovaciu schému celého ľudského mozgu.

Po tretie, ako táto
veľmi systematická štruktúra vzniká,

jednak počas vývinu v detstve

a jednak v rámci evolúcie?

Vedci dnes hľadajú odpovede
na tieto otázky

vo výskume mozgu iných živočíšnych druhov

a tiež mozgu malých detí.

Vysoké náklady neurovedeckého výskumu

sa často odôvodňujú víziou,

že raz nám jeho výsledky pomôžu
liečiť mozgové poruchy,

ako je Alzheimer či autizmus.

To je nesmierne dôležitý cieľ

a veľmi by ma tešilo,
keby k nemu moja práca prispela,

ale oprava vecí, čo sa na svete pokazili,

nie je to jediné, čo má zmysel.

Snaha porozumieť ľudskej mysli
a mozgu má svoju hodnotu,

aj keby neviedla k liečbe žiadnej choroby.

Čo už môže byť zaujímavejšie

než pochopiť základné mechanizmy,

na ktorých stojí
ľudské prežívanie reality?

V podstate pochopiť, kto sme.

Podľa mňa je toto najväčšia otázka vedy

všetkých čias.

[Poďakovanie]

(potlesk)