Twoja wyszukiwarka

WITOLD KARCZEWSKI
ROZMYŚLANIA O ROZUMIE
Wiedza i Życie nr 3/1996
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 3/1996

Czy zwierzęta mają rozum? - pytał 70 lat temu w pierwszym numerze "Wiedzy i Życia" prof. Jan Dembowski. Wówczas kwestię tę miały rozstrzygnąć obserwacje dotyczącezachowania się zwierząt. Dziś staramy się zajrzeć w głąb mózgu. Wielki Profesornie skomentuje już dla nas dokonań tych lat i pytań, jakie powstały wraz z gromadzeniem wiedzy o mózgu. Poprosiliśmy więc o to współczesny Autorytet.

Przez dziesiątki lat badania nad mózgiem poruszały się po dwóch odległych i niemal niezależnych trajektoriach: na jednej z nich widzieliśmy psychofizjologów, neurochirurgów, etologów i filozofów; na drugiej - elektrofizjologów, neurochemików, biofizyków, a nawet matematyków - jak McCulloch. Ci pierwsi opisywali wzorce zachowań i przedstawiali ich interpretacje, nie wiążąc ich jednak zbyt szczegółowo z precyzyjną "maszynerią" mózgu. Ci drudzy doprowadzili do tego, że dziś wiemy sporo o pojedynczych neuronach, o mediatorach i neuromodulatorach, o prędkości przewodzenia i o liczbie impulsów, jaką neuron odpowiada na dany bodziec.

Dopiero w ostatnich latach sytuacja ta zaczyna się zmieniać, ponieważ wreszcie pojęliśmy, że suma wiedzy o pojedynczych cegiełkach, z których mózg jest zbudowany, nie wystarczy, aby zrozumieć jego działanie jako całości. Z kolei badanie zachowań w określonych sytuacjach uczy nas CO się dzieje, ale nie mówi DLACZEGO i JAK.

Francis Crick, w swoim słynnym artykule z 1979 roku pt. Thinking about the Brain (Rozmyślania o mózgu) wyraził między innymi pogląd, który od lat nie daje mi spokoju. Napisał mianowicie: Często u podstaw złożonych procesów możemy znaleźć proste mechanizmy, które jednak ewolucja przykryła barokowymi modyfikacjami i dodatkami. Kiedyś byłem całkowicie przekonany, że jest to jedynie słuszne rozumowanie; dziś już mam wątpliwości.

Coraz bardziej oczywisty staje się pogląd - ignorowany wówczas przeze mnie i moich kolegów na całym świecie - że badania na zwierzętach poddanych znieczuleniu ogólnemu dostarczyć mogą jedynie danych wycinkowych, nie bardzo przystających do codziennych obserwacji u nie uśpionego człowieka czy zwierzęcia. Mało przydatna jest także klasyczna wiedza anatomiczna. Jak się powszechnie uważało (a może uważa się nadal), każdy narząd ma swoją reprezentację w odpowiednich rejonach kory mózgu. Wielu znakomitych uczonych było autorami tzw. homunkulusów, czyli map ilustrujących - w sposób niekiedy bardzo plastyczny (w niektórych przypadkach aż do granic przyzwoitości) - lokalizację takich czuciowych i ruchowych reprezentacji. Wiedząc już, że pień mózgu jest tylko podstawowym substratem kontrolera oddechowego, kilka lat temu zastosowaliśmy - z prof. A. Guzem z Londynu - impulsowe pole magnetyczne do drażnienia (u czuwających ludzi - ściśle mówiąc u nas samych i u naszych kolegów z Charing Cross) tego obszaru kory, który zgodnie z wszystkimi homunkulusami odpowiadał za czynność głównego mięśnia oddechowego, tj. przepony. Niestety, okazało się, że precyzyjne drażnienie tego pola wywołuje jedynie czkawkę, natomiast rzeczywiste, płynne zmiany wzorca oddechowego otrzymywaliśmy drażniąc inne obszary kory mózgowej, niekoniecznie pokrywające się z klasycznym homunkulusem. Byliśmy trochę tym zmartwieni; na szczęście zaraz potem opublikowano prace wykonane za pomocą technik obrazowania in vivo, które wykazały, że w czasie oddychania behawioralnego (tj. nieautomatycznego) aktywowane są znaczne obszary kory - nie tylko te, gdzie znajduje się projekcja mięśni oddechowych. Zintegrowanie badań elektrofizjologicznych ośrodków oddechowych pnia mózgu z metodą odruchów warunkowych pozwoliło zaś ostatecznie dowieść, że nie chodzi tylko o barokowe ozdobniki prostych skądinąd mechanizmów, ale o organizację czynnościową o niesłychanym wprost stopniu złożoności.

Sądzę, że większość badaczy - nie tylko mózgu! - ma w swoim dorobku obserwacje, które nie pokrywały się z wiedzą klasyczną - wyniki, które zależały od modelu doświadczalnego, a nawet od gatunku zwierzęcia użytego w tych doświadczeniach. Dlatego też nigdy nie należy z nadmiernym entuzjazmem przenosić wyników uzyskanych u jednego gatunku na inne, a już szczególna ostrożność byłaby pożądana w ekstrapolowaniu obserwacji u - powiedzmy - uśpionego kota, na czuwającego człowieka. Coraz częsciej wydaje mi się, że fizjologia zwierzęcia w narkozie jest de facto anestezjologią doświadczalną.

Tu mała dygresja: w dziedzinie, którą zajmowałem się, małpy, króliki i do pewnego stopnia psy reagowały dość podobnie. Natomiast całkiem odmienne były reakcje zwierzęcia, najczęściej w takich doświadczeniach używanego - mianowicie kota. Do dziś zastanawiam się, czy to dlatego, że koty, jako typowe drapieżniki, przystosowane są do krótkiego, ale nadzwyczaj intensywnego wysiłku i muszą mieć w związku z tym inną organizację czynnościową kontrolera oddechowego? Nie wiem. Nie wiem także, dlaczego kot stał się klasycznym zwierzęciem doświadczalnym i niemal wszystko co fizjologia wie o regulacji podstawowych funkcji życiowych bazuje na wynikach uzyskanych na tym - bardzo, jak się zdaje, specyficznym - modelu. Nawiasem mówiąc Crick - we wspomnianym artykule - twierdzi, że układ wzrokowy kota nie jest podobny do układu wzrokowego człowieka, co potwierdzać może pogląd, że kot is a very special kind of fish, a żadne stwierdzone doświadczalnie zjawisko nie powinno być ugólniane, dopóki nie potwierdzi się go u różnych gatunków.

Ważnym źródłem błędu może być także inne zjawisko. Każdy uważny eksperymentator wie, że zwierzę może zachowywać się zupełnie inaczej na początku doświadczenia i po kilku godzinach - nawet jeśli jest prawidłowo wentylowane (tzn. wolne od kwasicy oddechowej i hipoksji), ogrzane i uśpione. Wiedzą o tym dobrze anestezjolodzy - z czasem rozwija się kwasica metaboliczna i zaburzenia termoregulacji, a z nimi wcale nie tak łatwo się walczy, jak można by sądzić. Czy to wszystko oznacza, że skrajny pesymizm DuBois-Reymonda, zawarty w jego słynnym zdaniu Ignoramus et ignorabimus jest uzasadniony?!

Nie pamiętam, kto powiedział, że w jakimś momencie rozwoju wiedzy stare paradygmaty przestają być użyteczne i wówczas muszą pojawić się nowe, bardziej adekwatne. Zdaje się, że jesteśmy właśnie w takim przełomowym momencie. W ostatnich latach pojawiły się (na szczęście!) odkrycia i techniki, które są - jak sądzę - zwiastunami jakościowego skoku poznawczego. Dla mnie osobiście taką wagę mają badania nad rozszczepionym mózgiem, a ściślej ich implikacje, techniki wizualizacji czynności mózgu in vivo i pojawienie się fascynujących hipotez o roli oscylacji 40Hz i roli nowoodkrytych neuronów, nie produkujących potencjałów iglicowych ("non-spiking" neurones). Nie można też nie docenić spektakularnego włączenia się biologów i biochemików molekularnych i coraz ciekawszych wyników w badaniach nad neurokomputerami i sztuczną inteligencją. Co prawda nie sądzę, by blisko był moment, kiedy wyrzucony przez okno komputer spełni marzenia specjalistów od AI (Artificial Inteligence), krzycząc "ratunku!!!" - bo będzie już maszyną myślącą i czującą. Zakrojony na wielką skalę japoński program budowy komputerów piątej generacji ("Życie Warszawy" pisało o nich 10 lat temu:...będą mogły rozmawiać i myśleć na podobieństwo człowieka), zawalił się z wielkim trzaskiem (a miały się pojawić w 1991...). Nie oczekuję też zbyt wiele po sztucznej inteligencji: problem myślących komputerów można zilustrować następującym przykładem: jeśli przeczytamy w gazecie wiadomość, że Ofiara została zasztyletowana w kinie podczas popołudniowego seansu; w tym czasie podejrzany o morderstwo znajdował się w pociągu zmierzającym do Edynburga, nasz mózg będzie wiedział natychmiast, że podejrzany jest niewinny, a informacja - bez sensu. Komputer tego nie wie, a program, który by mu to uświadomił byłby znacznie bardziej skomplikowany niż programy, które umożliwiają komputerom wygrywanie w szachy z arcymistrzami.

Badania nad rozszczepionym mózgiem wykazały, że nie wystarczy być biochemicznie niemal identycznym z człowiekiem (a tak właśnie jest w przypadku szympansa), aby nim być; trzeba mieć mózg człowieka, a ten jest inny od małpiego. W pięknym artykule pt. Dlaczego szympansy nie są ludźmi Richard Passington z Oksfordu wykazuje, że zadania, które mogłaby wykonywać (i u człowieka wykonuje) jedna półkula - są u szympansa, jak pisze, niepotrzebnie dublowane. U człowieka każdej półkuli przypisane są różne funkcje, u innych gatunków takie same. Wiąże się to zapewne z rozwojem funkcji językowych, choć u makaka istnieje ekwiwalent ośrodka Broki (pola 44), którego neurony reagują na dźwięki. Jan Dembowski, we wspomnianym artykule pt. Czy zwierzęta mają rozum opisuje z rozczulającym (choć dziś brzmiącym nieco naiwnie) zachwytem niemieckie badania nad psychologią małp człekokształtnych. W badaniach tych stwierdzono różny stopień "zdolności", sprytu i pomysłowości w zdobywaniu jedzenia (a także kłucia kur kijkiem). Głośna była kilka lat temu sprawa szympansicy Washoe, która miała opanować umiejętność wyrażania abstrakcyjnych pojęć ("Dziś rano byłam smutna") za pomocą języka migowego. Inne szympansy (Sara, Nim, Austin, Sherman) nauczyły się innych środków wyrazu. Po początkowym entuzjazmie, sprawa trochę przycichła, potem pojawiły się uwagi krytyczne. Na przykład Nim nie umiał pojąć, że znaczenie zdania zależy od kolejności słów (znaków), a Sara nie rozumiała koncepcji "połowy".

Prawdopodobnie jednak Nima można by nauczyć gramatyki, a Sara już rozumie co to znaczy "połowa". Istniał pomysł, aby nauczyć Sarę kolorów poprzez wytworzenie skojarzeń ("brązowy kolor czekolady"), ale nie wiem, czy to się w końcu udało. Kocham psy i towarzyszą mi one "od zawsze". Wiem, że niektóre uczą się łatwo, inne z trudem - jedne są "mądre" inne "głupsze". Wiem, że miewają marzenia senne, w czasie których coś ważnego dzieje się w ich mózgu - ale nigdy nie odważyłbym się przypisać im ludzkiej zdolności do abstrakcyjnego myślenia, ludzkiej samoświadomości. Passingham przytacza śliczną myśl Bertranda Russela, że nawet najbardziej elokwentny pies nie będzie w stanie powiedzieć mi, że jego ojciec był biedny, lecz uczciwy.

Sprawa asymetrii półkul stała się nieco kłopotliwa po ukazaniu się w "Nature" głośnego artykułu o różnicach między płciami w czynnościowej organizacji mózgu w kontekście funkcji językowych. Wskazuje on bowiem, że mózg kobiecy jest jakby mniej asymetryczny od męskiego, a o implikacjach takiego stwierdzenia aż boję się pisać....

Na szczęście to samo prawdopodobnie dotyczy osób niepraworęcznych, tj. mańkutów i oburęcznych (ambidekstrów), o czym świadczyć mają różnice w grubości spoidła wielkiego (grubsze o całe 11%!). O tym już piszę spokojniej, bo sam jestem ambidekstrem. Nie peszy mnie nawet to, że wśród osób z niedorozwojem umysłowym jest dwukrotnie więcej leworęcznych i ambidekstrów, bo w Klubie Mensa też znajduje się ich 20% w stosunku do 10% w całej populacji. Wszystko jest więc w porządku, trzeba się tylko znaleźć po właściwej stronie krzywej Gaussa...A zresztą proszę przeczytać świetną książkę Płeć mózgu.

Mój ostrożny optymizm co do możliwości poznania czynności mózgu nasilił się znacznie po odkryciu przez Legendra neuronów zdolnych do spontanicznej, rytmicznej depolaryzacji - podobnie jak to ma miejsce w układzie bodźcotwórczym serca i u niektórych małży, np. u Aplysii. Parę lat po tym odkryciu (w owym czasie wielokrotnie potwierdzonym) pojawił się pogląd, iż autorytmiczność może być powszechną cechą neuronów OUN, które mogłyby zachowywać się, jak oscylatory i rezonatory, tj. odpowiadać tylko na pewne częstotliwości "na wejściu", na inne zaś nie. Na przykład oscylacje i rezonans w neuronach wzgórza mogłyby odpowiadać za cykl sen-czuwanie, za stany emocjonalne, a nawet mechanizmy poznawcze. Byłby to rodzaj "dialogu" między aktualnym stanem wewnętrznym mózgu, a jego wejściem czuciowym. Nil est in intellectu, quod prius non fuerit in sensu...

Wygląda na to, że nie wszystkie neurony ośrodkowe są elementami progowymi, że stanowić mogą zatem inną jakość niż motoneurony (których cechy biofizyczne dotąd uogólnialiśmy). Z jednej z ubiegłorocznych publikacji (Whittington i wsp. "Nature") wynika, że rezonans i oscylacje w sieciach interneuronów mogą być "głównym podejrzanym" w poszukiwaniu mechanizmów integrujących rozległe (np. korowo-wzgórzowe) pętle nerwowe. Przestrzenne oddalenie rejonów aktywowanych np. w procesach słyszenia, generacji, czytania i wypowiadania wyrazów stałoby się mniejszą zagadką, niż do tej pory.

Wreszcie sprawa wizualizacji in vitro. Sądzę, że z tym zespołem technik można łączyć największe nadzieje. Chodzi mi nie tylko o piękno i wagę uzyskiwanych tymi metodami wyników, ale przede wszystkim o to, że pokazują one, jak wspaniałe perspektywy badawcze ma podejście interdyscyplinarne, w którym wykorzystany będzie potencjał elektrofizjologii, neurofarmakologii, neuromorfologii, psychofizjologii i biologii/biochemii molekularnej i oczywiście informatyki. Hipokrates lub ktoś z jego szkoły stwierdził przed laty: ...nie tylko nasze przyjemności, wesołość i śmiech, ale i nasze troski, ból, smutek i łzy pochodzą z mózgu i tylko z mózgu. Dzięki mózgowi myślimy, rozumiemy, słyszymy i widzimy, odróżniamy piękno od brzydoty, przyjemność od przykrości i dobro od zła.

Intuicyjnie nie mamy wątpliwości, że tak jest rzeczywiście; trzeba to jeszcze "tylko" udowodnić i po to właśnie badamy mózg. Ludzkość dopiero teraz zaczyna sobie naprawdę zdawać sprawę z tego, jak niesłychanym jest on narządem. Wszystko co czyni z nas ludzi wiąże się, a właściwie zależy od pracy mózgu. Przypomnę wspaniałe sformułowanie Konorskiego: To nie my mamy mózg, to mózg ma nas. Zdaje się, że rozumieli to także Egipcjanie, umieszczając mumię anencefalika w grobowcu świętych zwierząt, twierdząc, że skoro istota ludzka nie ma mózgu to ojcem jej była małpa.

Prof. WITOLD KARCZEWSKI, neurofizjolog, przez wiele lat pracował w Centrum Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej PAN. Zajmuje się nerwową regulacją podstawowych procesów życiowych.