I hlupák má v hlavě zázrak
Nervové buňky si v mozku neustále povídají - vyměňují si informace. Činí tak v místě vzájemných kontaktů, kterým se říká synapse. Na povrchu jediné nervové buňky jich bývá několik tisíc. Rozvětvené výběžky nervových buněk končí na výběžcích nebo těle dalších nervových buněk (jedné, dvou, ale často velkého počtu). Odhaduje se, že v celém mozku je sto tisíc miliard (sto trilionů) synapsí.
S velkým množstvím synapsí přicházíme na svět. Ohromné množství jich však neustále vzniká a zaniká tím, jak do mozku vstupují nové informace, například zrakové, sluchové nebo dotykové. Ty se mohou ukládat - pak si je pamatujeme.
Kromě toho se synapse trvale a rychle staví a přestavují podle toho, jak mozek se získanými informacemi pracuje. Během několika desítek sekund, za dobu, kdy čtete tyto řádky, vznikl v různých částech vaší mozkové kůry ohromný počet nových synapsí. Některé z nich zaniknou, jiné zůstanou - což se může projevit tím, že si vzpomenete, co jste zde četli. Mozek je kromě své kosmické složitosti stejně kosmicky proměnlivý.
Jak pracuje mozek?
Mozek pracuje jako živý systém, jenž má elektrické a chemické vlastnosti. Potřebuje mnoho kyslíku a krevního cukru, glukózy. Několikaminutové omezení jejich přísunu, například při zástavě srdeční činnosti, způsobí těžké poruchy, případně smrt.
Nervové buňky vydávají elektrické vzruchy, které běží od buněčného těla výběžkem (nervovým vláknem) až k nejbližší synapsi. To může být na vzdálenost zlomku milimetru, ale i několika desítek centimetrů. Synapsi tvoří malá část obalu nervové buňky a jejího výběžku, následuje nepatrná štěrbinka a pak malá část obalu výběžku nebo těla další nervové buňky. V elektronovém mikroskopu to vypadá, jako by buňky měly po těle a některých výběžcích tisíce nepatrných knoflíčků.
Jakmile elektrický vzruch doběhne na konec výběžku, uvolní z něj obláček molekul chemické látky, které se říká nervový přenašeč. Ten se dostane do štěrbiny, projde jí a v obalu následující nervové buňky se naváže na chemickou anténu (receptor). Tak se nervová buňka dozví, co má dělat - zda urychlit vydávání vzruchů, utlumit činnost, nebo zahájit výrobu nových bílkovin, a tím prodlužovat své výběžky, košatit je a tvořit nové synapse.
Nejrozmanitější léky, alkohol, drogy a další chemické látky, ale i slova, která slyšíte nebo čtete, obrázky i citový obsah všeho, co na vás působí, ovlivňují mozek právě tím, že působí na činnost synapsí, receptorů a chemických přenašečů.
Mozek tvoří miliardy nervových buněk
Viděli jste švýcarský armádní nůž? Je to dokonale promyšlený soubor nástrojů - skrývá různé čepele, vrtáček, nůžky, šroubovák... Každý z nich se užívá k jinému účelu, přesto jsou ve společném systému. Mozek zvířat i lidí se dá přirovnat k něčemu podobnému.
Jednotlivými nástroji mozku jsou funkční systémy. Tvoří je miliardy nervových buněk a jejich synapsí. Takový systém je rozložený v mnoha místech mozku - není tedy prostorově souvislý jako třeba ruka nebo noha.
Příkladem funkčního systému mozku je vidění, slyšení, schopnost rozlišovat dotyky, bolest a teplo, zrakové i sluchové poznávání, paměť, řeč a jazyk, ale i schopnost vykonávat složité naučené pohyby. Ta je podkladem nejrůznějších dovedností počínaje tím, že si dokážeme přišít knoflík, až po virtuózní zvládnutí hudebního nástroje. Jednotlivé funkční systémy si vzájemně trvale vyměňují informace. Proto si dokážeme něco prohlížet, přitom poslouchat třeba rádio a vzápětí se soustředit na to, co nám kdo říká ve dveřích.
Každý funkční systém mozku má jeden nebo víc tzv. zúžených profilů informačního chodu. Jestliže toto choulostivé místo cokoli naruší (úraz, cévní mozková příhoda, nádor, zánět, operace, degenerativní onemocnění, účinek alkoholu či drog), projeví se porucha funkce. Například poškození „zúženého profilu“ funkčního systému paměti má za následek zapomínání nebo neschopnost si vybavit, co v paměti je.
To je typické pro Alzheimerovu nemoc - degenerativní onemocnění mozku, které často postihuje staré lidi. Poškození funkčního systému řeči a jazyka zase způsobí, že lidé mluví špatně nebo vůbec, případně nechápou řeč, kterou slyší. Porušení funkčních systémů předních částí mozku se projeví poruchami myšlení, rozhodování, vůle i citového života. „Zúžené profily“ zpracovávání informace lékaři dříve chápali jako „mozková centra“. Dnes vědí, že mozek žádná centra nemá.
Jak poznáme, co vidíme?
Dejme tomu, že jste se podívali na tvář člověka, kterého máte rádi. Tvář se přitom trochu pohnula, třeba se usmála. Jak ji vidíte? Jak poznáte, že to je tvář, a ne něco jiného? Od tváře se odrazily světelné paprsky. Prošly vašima očima a dopadly na sítnice (teninké blanky na jejich zadní vnitřní ploše). Tvoří je několik vrstev různých druhů nervových buněk. Ty převedou informace o tvaru, barvě, směru pohybu a prostorové hloubce do řeči nervových vzruchů.
Všimněte si: už sítnice zpracovává některé složky zrakového vjemu zvlášť. Jinak řečeno: zrakové čidlo „rozloží“ zrakový vjem, v našem případě tvář, na jednodušší „prvky“. Ze sítnice vzruchy putují jedním milionem nervových vláken zrakového nervu nejprve do zrakové části mezimozku. Odtud se zmíněné „prvky“ dostanou do zrakové mozkové kůry v samém pólu týlních laloků mozku. Označuje se V1 (V je od slova vizuální, zrakový, číslo 1 znamená první, primární, protože jde o první místo, kde se zrakové informace v mozku zpracovávají).
Po zpracování se odtud informace stejně bleskově předávají do dalších zrakových částí mozkové kůry, které jsou v týlních lalocích mozku a přilehlých částech laloků spánkových a temenních. Všech zrakových oblastí mozkové kůry je víc než třicet.
Skládání obrazu
Základní zrakové informace (tvar, barva, směr pohybu, prostorová hloubka) putují ze sítnice až do různých částí zrakové mozkové kůry souběžně, jako byste kopírovali celé složité obrazce najednou. Přesuny informací přitom trvají jen zlomky sekundy.
Na každé úrovni cesty ze sítnice přes zrakový mezimozek a V1 do dalších oblastí se přitom „kopie“ trochu přepracuje. Připomínám, že slovo „kopie“ je ve skutečnosti činnost stovek milionů až miliard synapsí přesně uspořádaných v čase a prostoru. Stačí malé narušení, a už vidíte svět kolem sebe docela jinak, než jste-li zdraví.
Od jisté úrovně začne zraková kůra tyto základní zrakové informace, pohyby, světelné rozdíly, tvary a barvy, které odpovídají tváři, opět „skládat“. Takže dá dohromady oblast čela s vlasy, oči, nos, ústa i bradu. Ve „tvářové oblasti“ zrakové kůry se „složí“ tvář celá. Téměř současně se tento nový záznam porovnává se záznamy v dlouhodobé paměti. Okamžitě víte, zda jde o člověka, kterého znáte, nebo o tvář neznámou. Porovnání s citovou pamětí navíc určí, zda jde o tvář vyhlížející mile, zlostně nebo nedůvěryhodně.
Z toho plyne důležitá věc. Mozky lidí ani zvířat svět nekopírují ani „nefotografují“, ale doslova vytvářejí. A to více nebo méně přesně. Proto se může stát, že za neobvyklých světelných podmínek (nebo máme-li strach) uvidíme ve zkroucené větvi hada.
Propojování informací
Na hranicích spánkové, temenní a týlní mozkové kůry se zrakové, sluchové (ale i prostorové a dotykové) informace mohou vzájemně propojovat. Jestliže tedy tvář, na kterou se díváte, právě mluví, poznáte to. Jak na tohle vědci přišli? V minulých dobách hodně pomohly výzkumy lidí s onemocněními nebo úrazy mozku, které poškodily jen malou, vymezenou část. Tito lidé třeba přestali poznávat barvy a tvary, ale zrakově poznávali ostatní jevy. Poškození „tvářové“ části mozkové kůry (slovo tvářová je v uvozovkách proto, že tato část zpracovává i jiné informace) způsobí, že lidé přestanou poznávat tváře, včetně své vlastní v zrcadle.
Moderní výzkum mozku
Toto nepřesné poznávání vztahu stavby a činnosti mozku dnes nahradily funkční zobrazovací metody. Umožňují vyšetřovat velké počty zdravých dobrovolníků, jimž se zadá nějaký úkol, například čtení jednotlivých písmen a celých slov, jednoduché počítání, ale i úkoly podstatně složitější, jako jsou třeba zrakové nebo sluchové představy. Vědci přitom sledují, kde a jak se jejich mozek namáhá a kde svou činnost naopak tlumí. Soudobé přístroje tak umožnily rozlišit funkční systémy mozku - „nástroje švýcarského armádního nože“.
Vyšetřuje se i činnost mozku nemocných lidí postižených duševními chorobami, např. schizofrenií nebo chorobným smutkem (depresí). Jeho opakem je různě hluboké bezvědomí - častý důsledek úrazů, onemocnění a otrav. Zvláštní podobou vědomí je spánek. V tomto smyslu mají vědomí i ptáci a savci, pravděpodobně i nižší obratlovci. Poté existuje vědomí ve smyslu „vím, že...“, například „vidím a vím, že vidím nějaký předmět“. (Díváte se na obrázek nad lůžkem...) Také tento druh vědomí mají i ostatní vyšší obratlovci, uvědomují si takto například bolest.
A konečně existuje vědomí ve smyslu sebeuvědomování - jinak řečeno jsem to já, kdo ví, že vidí... (Uvědomujete si, že na obrázku je člověk, kterého máte rádi...) Toto sebeuvědomování je pravděpodobně lidskou vymožeností. Do jisté míry je snad mohou mít šimpanzi - a delfíni.
Vědomí třikrát jinak
Představte si, že jste se právě probudili. Otevřete oči, uvědomíte si světlo. Po nepatrné chvilce si uvědomíte, že se díváte třeba na obrázek nad lůžkem. Vzápětí si vzpomenete, že jste obrázek dostali k narozeninám, že je na něm někdo, koho máte rádi...
Právě jsem vám řekl o třech rozdílných obsazích slova vědomí. Existuje vědomí ve smyslu bdělosti (právě jste se probudivé pokusy. U dětí se plně vyvine až kolem čtvrtého roku věku. Zničit je dovedou jen nejtěžší onemocnění.
Podkladem všech podob vědomí je funkční systém, jenž prochází celým mozkem - dal by se přirovnat k jeho ose. Velmi dobře je známa jeho část odpovídající za vědomí ve smyslu bdělosti. V současnosti začíná být lépe známa část odpovídající za vědomí ve smyslu „vím, že vidím, slyším...“. Pochopení funkčního systému, který odpovídá za sebeuvědomování, je v plenkách, nicméně se díky funkčním zobrazovacím metodám zdá, že toto „dítě“ je statné, zdravé a má se čile k světu.
Co je to neuron?
Nervová buňka (neuron) je buňka specializovaná na přenášení informací z místa na místo. Neurony se vyskytují ve všech velikostech (jsou to jak nejmenší, tak s výjimkou vajíčka největší buňky lidského těla), tvarech a mnoha desítkách funkčních typů.
Synapse je místo vzájemného kontaktu nervových buněk sloužící k přenosu informací. Na povrchu jedné nervové buňky jich může být až 200 000, obvykle jich tam je 3 - 10 tisíc.
Funkční systém mozku je soubor velkého počtu vzájemně propojených nervových buněk v různých částech mozku. „Řeší“ jeden okruh problémů, například vidění, paměť, řeč. Celek by se dal přirovnat k mnoha nádražím vzájemně propojeným množstvím různě se křižujících kolejí.
Zúžený profil: Podobně jako se někdy celá síť kolejnic seběhne do jedné trati a pak se zase rozeběhne do další sítě, existují „zúžené profily“ funkčního systému mozku. Jejich poškození se projeví poruchou funkce celého systému.
Moderní zobrazovací metody mozku:
Funkční magnetická rezonance: Tam, kde se mozek namáhá, se zvýší krevní průtok. V tu chvíli se změní sycení krve kyslíkem. Přístroj tvořený silnými magnety tuto změnu rozliší, počítače ji zobrazí. Výsledkem je trojrozměrná mapa proměn činnosti mozku - například při čtení, zrakových představách, počítání...
Pozitronová emisní tomografie: Využívá místa, kde se v mozku váží chemické látky. Krev, kyslík, krevní cukr glukózu, léky a další látky je možné radioaktivně označit. Tam, kde se mozek namáhá, se radioaktivita váže. Speciální kamery tuto změnu rozliší a počítač složí trojrozměrnou funkční mapu mozku. Oba druhy přístrojů již v naší republice jsou.
Mozek chladí krev?!!
Víte, že mozek byl dlouho považován za orgán sloužící k chlazení krve? To proto, že v jeho hloubce jsou dosti velké dutiny, mozkové komory, v nichž je mozkomíšní mok. Skutečné poznání stavby a funkce lidského mozku začíná až koncem 17. století.
Mozek a počítač
Mozek se často přirovnává k počítači. Přestože oba systémy zpracovávají informace, je mezi nimi mnoho rozdílů. Mozek je živý, počítač nikoli. I v největších počítačích je dosud nesrovnatelně menší počet „prvků“, než je neuronů v mozku. A zatímco jeden „prvek“ počítače je spojen jen s několika dalšími, jeden neuron mozku může být spojen i s tisíci neurony. Počítač má hardware (vlastní stroj) a software (program). V mozku je vztah hardware a software podobný vztahu rubu a líce jedné mince. Činnost a stavbu mozku nelze oddělit - jedno trvale ovlivňuje druhé. Počítače se vyvíjejí asi 60 let, mozky asi 600 milionů až 1 miliardu let.
Autor článku MUDr. František Koukolík, DrSc. je primářem Oddělení patologie Fakultní Thomayerovy nemocnice v Praze. Přednáší na 3. lékařské fakultě UK. Je autorem řady odborných publikací, populárně naučných knih i scénářů k televizním seriálům (např. Mozek a jeho duše). V roce 1992 obdržel cenu ČSAV za popularizaci vědy.
