Przesłanki sugerujące, że w dorosłym mózgu mogą powstawać nowe neurony pojawiały się już od lat 60-tych XX wieku. To wtedy Joseph Altman i Gopal Das opublikowali wyniki swoich badań, z których wynikało, że proces neurogenezy zachodzi w mózgu dorosłych szczurów. Do podobnych wniosków doszli Steve Goldamn i Fernando Nottebohm dwadzieścia lat badając kanarki, u których zidentyfikowali nowe neurony w rejonach odpowiedzialnych za śpiew. Krokiem milowym – poprzedzającym jedynie o rok badania Erikssona – miały być doniesienia Elizabeth Gould i Bruce’a McEwana. Udowodnili oni bowiem występowanie procesu neurogenezy w strukturze hipokampa (obszaru pamięci) u wiewiórecznika pospolitego, będącego bliskim krewnym naczelnych. Odkrycie tego zjawiska u ludzi wydawało się więc na wyciągnięcie ręki.
Kolorowa tkanka
Pragnąc sprawdzić, czy również w dorosłym mózgu człowieka zachodzi proces neurogenezy Eriksson włączył do eksperymentu pacjentów chorych terminalnie na nowotwór. Osobom tym został wstrzyknięty specjalny znacznik barwiący komórki mózgowe. Po śmierci badanych wycięto fragmenty ich tkanki mózgowej, by sprawdzić, czy w czasie od wstrzyknięcia znacznika do śmierci powstały nowe neurony. Wynik okazał się pozytywny. A samo odkrycie – w swym rewolucyjnym wymiarze – uczyniło z Erikssona jednego z pretendentów do Nagrody Nobla.
Odkrycie Erikssona bardzo szybko stało się jednym z dowodów na korzyści płynące z wysiłku intelektualnego, w tym – niesłusznie czasem negowanego – uczenia się na pamięć. Skoro bowiem w obszarze pamięci mogą powstawać nowe neurony, poprawa sprawności intelektualnej człowieka wydawała się jedynie kwestią treningu. Zaś jego rezultaty można by dostrzec pod mikroskopem. Neurogenezie sprzyjać miała także aktywność fizyczna, treningi redukcji stresu czy odpowiednia dieta.
W opublikowanym na łamach prestiżowego czasopisma „Nature”, zespół pod kierunkiem prof. Arturo Alvareza-Buylla zaprezentował wnioski sugerujące, że inaczej niż u zwierząt – w mózgach dorosłych ludzi neurogeneza prawdopodobnie nie zachodzi [1]. Uczeni poddali analizie 59 próbek wypreparowanych z hipokampa – część pochodziła od osób zmarłych, część zaś od pacjentów leczonych chirurgicznie na epilepsję. Jakość tego rodzaju materiału wydaje się szczególnie cenna – pozyskanie bowiem żywej tkanki mózgowej człowieka jest z przyczyn czysto humanitarnych prawie niemożliwe.
Wnikliwe analizy poparte badaniami przy pomocy szeregu znaczników i zaawansowanej mikroskopii pokazały, że poczynając od niemowlęctwa szybkość neurogenezy drastycznie spada. Już po roku życia zmniejsza się ona pięciokrotnie, zaś w wieku 7 lat ponad dwadzieścia razy. W tkankach osób dorosłych nie zaobserwowano tego procesu. W wątpliwość podano także istnienie komórek macierzystych w dorosłym mózgu, z których miały powstawać nowe neurony. Dotąd sądzono, że znajdują się ona w rejonie hipokampa i opuszki węchowej. Zespół prof. Alvareza-Buylla tę koncepcję odrzucił.
Mózg z plasteliny?
Choć opisane powyżej doniesienia nie napełniają optymizmem, byłoby błędnym wyprowadzanie z nich wniosku, że mózg wraz z wiekiem skazany jest wyłącznie na bezpowrotną degradację poznawczą i nie da się tego procesu zatrzymać. Otóż nie jest to prawda. O ile bowiem świat nauki ma wątpliwości co do neurogenezy w dorosłym mózgu człowieka, o tyle nie ma zastrzeżeń co do właściwości, jaką jest plastyczność mózgu (neuroplastyczność). To drugie obok neurogenezy zjawisko, które dla badaczy zajmujących się procesami pamięci i uczenia się stanowiły filar opracowywania i uzasadniania rozmaitych metod wspierających zdolności intelektualne człowieka.
Co ciekawe, choć Nagrodę Nobla za badania nad neuroplastycznością otrzymali w 1981 roku Torsten Wiesel i David Hubel, twórcą tego pojęcia był Polak, prof. Jerzy Konorski. W wydanej w 1948 roku książce zatytułowanej Organization of conditioned reflexes wydanej, szczęśliwie jak na owe czasy – w Cambridge, pisał: „Pierwszą własność, dzięki której komórki nerwowe reagują na nadchodzące impulsy określonym cyklem zmian, nazywamy pobudliwością. Drugą własność, dzięki której w określonych układach neuronów powstają trwałe przekształcenia funkcjonalne w wyniku określonych bodźców lub ich kombinacji, będziemy nazywać plastycznością, a odpowiadające im zmiany, zmianami plastycznymi” [2]. Istotnie bowiem, neuroplastyczność to zdolność układu nerwowego do tworzenia nowych połączeń między neuronami, mająca na celu uczenie się, pamięć, adaptację, samonaprawę i reorganizację.
Jak powstawanie nowych połączeń między neuronami ma się do nauki? Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy uzmysłowić sobie, że za każdą ludzką aktywnością kryją się szlaki tworzone przez układ nerwowy. Każda myśl, każde uczucie, każda emocja, każde wspomnienie, każdy ruch, każde działanie ma swoje odwzorowanie w konkretnych połączeniach, jakie między sobą tworzą neurony. A połączeń tych może być prawie nieskończenie wiele. Dość powiedzieć, że spośród posiadanych przez człowieka 86 mld neuronów – każdy może łączyć się z 10 000 innych.
Rzymianie powtarzali, że matką wiedzy jest powtarzanie (Repetitio est mater studiorum) oraz że rzeczy powtórzone podobają się (Bis repetita placent). Z kolei buddyjski mędrzec Śantidewa przekonywał, że nie ma rzeczy, w której z czasem człowiek nie mógłby nabrać wprawy. W tej starodawnej mądrości kryje się prawda o neuronalnym podłożu uczenia się. Systematyczne powtarzanie danej czynności sprawia, że połączenie między neuronami, odpowiadające za tę czynność staje się mocniejsze, dzięki odpowiedniej pobudliwości oraz trwalsze dzięki przyłączaniu się kolejnych neuronów. Proces ten można by porównać metaforycznie do wyplatania z cienkich nitek coraz to grubszego sznurka. Kilka nici, nawet ściśle ze sobą splecionych, bardzo łatwo przerwać. Sznur natomiast stanowi już potężne wyzwanie. I tak jest z szeroko rozumianą nauką. Im coś bardziej utrwalone, tym reprezentacja neuronalna tej czynności staje się mniej podatna na dezintegracją.
Rok po publikacji Konorskiego Donald Hebb sformułował swoją teorię, która momentalnie przeniknęła do badań nad procesami uczenia się. Często bywa ujmowana w postaci rymowanki, brzmiącej „neurons that fire together wire together” („neurony, które razem się odpalają, razem się splatają”) Hebb tłumaczył, że im więcej razy konkretne komórki przekażą sobie potencjał czynnościowy (a więc aktywują się), tym większe prawdopodobieństwo ich „współpracy” w przyszłości.
Do czynników sprzyjających szczególnie plastyczności mózgu można zaliczyć także medytację. Jak pokazały badania Sary Lazar już po ośmiotygodniowym kursie medytacji metodą Mindfulness można było zaobserwować zmiany w istocie szarej mózgu uczestników [3]. Jej gęstość ulegała powiększeniu w hipokampie – głównym ośrodku pamięci, a także ośrodkach związanych z bólem, depresją czy zdolnością współczucia. Medytację można porównać do treningu koncentracji. Regularne dyscyplinowanie umysłu usprawnia komunikację między różnorodnymi rejonami.
Inne badania przeprowadził z kolei zespół Eleanor Maguire w 2000 roku. Jak dowodzili badacze, hipokamp londyńskich taksówkarzy jest większy od hipokampa przeciętnego londyńczyka, co stanowiło rezultat uczenia się skomplikowanych sieci komunikacyjnych i ciągłego wyszukiwania najlepszych dróg dotarcia do celu.
Pamięć w trzech krokach
Proces pamięci można podzielić na trzy główne fazy. Pierwszą jest odbiór konkretnych wrażeń (informacji) z jednoczesnym uruchomieniem reakcji emocjonalnej, która zależy od tego, w jaki sposób dana informacja wiąże się z dotychczasowymi doświadczeniami (jeśli mowa o niebezpieczeństwie, uruchomiona zostanie reakcja obronna). Druga faza to tworzenie mózgowego zapisu informacji, zwanego engramem (lub memem), umożliwiającego przechowywanie konkretnych danych. Ostatnia faza to przywoływanie engramu, czyli mówiąc wprost – przypominanie sobie konkretnych informacji, do czego impuls stanowić może de facto każde doświadczenie, włączając te intrapsychiczne.
Oczywiście, trzeba powiedzieć, że nie każda informacja przechwytywana przez układ nerwowy człowiek zostaje w nim trwale zapisana. Przyjmuje się, że jeśli w ciągu minuty nie zostanie uruchomiony mechanizm zapisu danych, to informacje takie nie zostaną zapamiętane. Jeśli jednak dojdzie do zapisu (a więc powstania engramu), i tak jest on narażony na uszkodzenie w ciągu pierwszych kilkudziesięciu minut.
Powstanie połączenia neuronalnego kodującego konkretne informacje – aby okazało się solidne, musi być co jakiś czas aktywowane. Mówiąc wprost – należy odświeżać wiedzę, by nie uległa ona zatarciu. Niezwykle ważnym jest, aby po tygodniu od względnie długotrwałego zapisu danych przez mózg, odtworzyć je w całości. Istnieje bowiem obawa, że brak powrotu do świeżo skonsolidowanych wspomnień z biegiem kolejnych dni znacząco wpłynie na ich osłabienie.
Tym, co proces nauki wzmacnia są emocje. To one sprawiają, że dane przeżycie czy wiadomość zostają lepiej zapamiętane od innych. Nie trzeba być neurobiologiem, by stwierdzić, że szczególnie poruszające chwile z naszego życia potrafimy przywołać niemalże w detalach, podczas gdy rutynowe czynności podjęte tego samego dnia, zlewają się w pozbawioną wyrazu całość. Gdyby posłużyć się metaforą, moglibyśmy stwierdzić, że emocje rozgrzewają przewody w mózgu, dzięki czemu zostawiają one trwalszy ślad aniżeli doznania obojętne.
Cyfrowa demencja i małpowanie
Mózg nie poddawany wysiłkowi intelektualnemu z czasem – niemalże jak mięsień – staje się mniej wydolny. Co więcej, nie dotyczy to tylko osób dorosłych, ale również dzieci, szczególnie w społeczeństwach wysokorozwiniętych. W 2007 r. koreański lekarz Yoo Se-chang opublikował alarmujący artykuł, w którym po raz pierwszy posłużył się terminem „cyfrowa demencja”. W swojej pracy zwrócił uwagę na katastrofalne dysfunkcje poznawcze i emocjonalne młodego pokolenia Koreańczyków, za co w znacznej mierze odpowiedzialne było wszechobecne wysługiwanie się technologią. Pojęcie cyfrowej demencji, spopularyzowane w 2012 roku przez ikonę współczesnej neurodydaktyki – prof. Manfreda Spitzera, autora książki o takim tytule, wkroczyło szturmem do europejskiego dyskursu na temat współczesnej edukacji.
Jest oczywistym, że w procesie uczenia się kluczową rolę odgrywa motywacja. Tę z kolei istotnie stymuluje możliwość podejmowania samodzielnych decyzji, co nie oznacza zanegowania roli nauczyciela. Mowa raczej o podjęciu inicjatywy, wykazaniu się osobistą, odśrodkową gotowością zgłębienia określonego tematu, by zyskać przekonanie o wpływie na swoje osiągnięcia. Rozbudzanie w uczniach i podtrzymywanie w samych sobie poczucia odpowiedzialności za podejmowane działania jest warunkiem dobrej kondycji psychicznej. Warto przytoczyć badania przeprowadzone przez Ellen Langer i Judith Rodin w domu opieki Arden House w Connecticut [4]. Mieszkańcy trzeciego piętra otrzymali możliwość samodzielnego decydowania o umeblowaniu swojej sypialni, opiekowaniu się dowolną rośliną doniczkową oraz wyborze dnia projekcji filmu.
Z kolei pensjonariusze z pierwszego piętra zostali poinformowani, że personel ośrodka w trosce o ich komfort nie będzie obarczał ich koniecznością decydowania o większości spraw, lecz samodzielnie o nie zadba. Jak można było przewidzieć, w przeprowadzonych wywiadach mieszkańcy trzeciego piętra wykazywali większe zadowolenie i chęć do działania. Co więcej, po 18 miesiącach od rozpoczęcia eksperymentu poziom zadowolenia oraz dobra kondycja psychiczna tych osób wciąż znajdowała się na wysokim poziomie. Porównując śmiertelność – była ona o połowę niższa wśród badanych z trzeciego piętra, aniżeli wśród drugiej grupy.
W kontekście uczenia się, nie wolno pominąć roli neuronów lustrzanych. Na początku lat 90-tych XX wieku grupa włoskich uczonych (Giacomo Rizzolatti, Leonardo Fogassi i Vittorio Gallese) prowadząc badania nad korą ruchową makaków spostrzegła, że te same grupy neuronów aktywują się, gdy małpy obserwują jedzenie posiłku przez któregoś z uczonych, jak również gdy zwierzęta same spożywają pokarm. Ze względu na funkcję tych komórek, odpowiadających za zdolność do naśladowania innych oraz przewidywania cudzego zachowania, nazwano je neuronami lustrzanymi (jako że dzięki nim „odbijamy” jak lustro działania obserwowanych osób).
Neurony lustrzane znajdują się przede wszystkim w części płata ciemieniowego – zwanej płacikiem ciemieniowym dolnym oraz korze somatomotorycznej w płacie czołowym, a także części przyśrodkowej kory przedczołowej. Ta ostatnia wraz z pewnymi rejonami kory skroniowej (zwłaszcza jej pogranicza z korą ciemieniową) odpowiada za zdolność człowieka do wczuwania się w sytuację drugiej osoby ze zrozumieniem stanów, w jakich ta osoba się znajduje. Taką właściwość ludzkiego mózgu nazywa się teorią umysłu.
To dzięki neuronom lustrzanym możemy zarazić się entuzjazmem czy pasją od osoby, którą uważamy za autorytet w zgłębianej przez nas dziedzinie. Dzięki nim również, możemy rozbudzić w sobie motywujące pragnienie rywalizacji, widząc jak inni wytrwale zdobywają wiedzę. Ale dzięki neuronom lustrzanym jesteśmy również w stanie zrozumieć sytuację drugiej osoby, by na bazie swej wiedzy udzielić jej jak najlepszego wsparcia. W rzeczy samej, na tym właśnie polega codzienna misja farmaceuty.
Szukanie winnych?
Doświadczywszy serii niepowodzeń – choćby na polu nauki – możemy dojść do wniosku, że najwyraźniej brakuje nam zdolności. To jednak dość łatwa wymówka. Przeprowadzone w latach 70-tych XX wieku badania prof. Martina Seligmana doprowadziły do sformułowania koncepcji „wyuczonej bezradności”. Podczas eksperymentu umieszczano szczura w zbiorniku wodnym, w którym już po kilkunastu minutach zwierzę tonęło. W drugim przypadku tuż po zamoczeniu szczura podawano mu patyk, po którym mógł się wydostać na ląd, a następnie ponownie umieszczano go w wodzie. Tym razem zwierzę potrafiło pływać nawet kilkadziesiąt godzin! Pamiętało bowiem, że możliwy jest ratunek. To dowód na to, jak z jednej strony łatwo dać za wygraną, z drugiej zaś jak wielkie możliwości tkwią w organizmie, z których zazwyczaj nie zdajemy sobie sprawy. Wyuczona bezradność to przekonanie o braku zdolności oparte na serii nieudanych prób. Kluczowe jest zatem odrzucenie ślepej wiary w pecha i podjęcie refleksji nad zmianą sposobu działania. Jak przekonywał bowiem Einstein: „Szaleństwem jest stosować tę samą metodę i oczekiwać innych rezultatów”.
Prof. Eric Kandel, laureat Nagrody Nobla za badania nad uczeniem się (prowadzone na ślimaku zwanym Aplysia), sformułował manifest składający się z pięciu tez. Brzmiały one następująco:
- Wszystkie procesy psychiczne, nawet te najbardziej skomplikowane, mają swoje źródło w mózgu.
- Geny są ważnymi determinantami powstających w mózgu połączeń oraz ich funkcji.
- Zmiany genetyczne same w sobie nie tłumaczą powstawania rozmaitych zaburzeń psychicznych. Równie ważne są czynniki społeczne i rozwojowe.
- Pod wpływem uczenia się może dojść do zmiany ekspresji genów powodujących tworzenie się nowych wzorców neuronalnych.
- Psychoterapia i poradnictwo prowadzą skutecznie do długoterminowych zmian w zachowaniu – następuje to jednak przez proces uczenia się, a więc pobudzanie zmian w ekspresji genów, które z kolei z jednej strony prowadzą do wzmocnienia połączeń synaptycznych, z drugiej do zmian strukturalnych, wpływających na architekturę mózgu. [5]
Manifest Kandela stanowi afirmację plastyczności ludzkiego mózgu, na który wpływ mają nie tylko geny, ale również nabywane doświadczenia. Mogą one bowiem dokonać zmian w jego architekturze, o ile konkretne działania podejmowane będą przez nas wystarczająco wytrwale. Nie bez powodu mówi się, że trening czyni mistrza. A zwycięstwo – jak przekonują często sportowcy – zdobywa się głową.
dr n. o zdr. Adam Zemełka
Piśmiennictwo:
[1] Arturo Alvarez-Buylla et al., Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults, https://www.nature.com/articles/nature25975 (dostęp: 22.06.2018)
[2] K. Wójcik, Neurobiologia rozwojowa i inwolucyjna plastyczności mózgu, [w:] „Neurokognitywistyka w patologii i zdrowiu”, ss. 162-171, https://www.pum.edu.pl/__data/assets/file/0010/47449/NK_2011_162-170.pdf (dostęp: 22.06.2018)
[3] S. W. Lazar et al., Meditation experience is associated with increased cortical thickness, [w:] “Neuroreport” 2005, Nr 16(17), ss. 1893–1897.
[4] E. Langer, J. Rodin, The effects of choice and enhanced personal responsibility for the aged: a field experiment in an institutional setting, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1011073 (dostęp: 22.06.2018)
[5] E. Kandel, A new intellectual framework for psychiatry, https://ajp.psychiatryonline.org/doi/pdf/10.1176/ajp.155.4.457 (dostęp: 22.06.2018)