Neuróny s kumulovanou funkciou  
Sme schopní rozoznávať podobnosti a nachádzať súvislosti medzi pozorovanými objektmi, zaraďovať ich do jednotlivých kategórií. Dokážeme rýchlo zareagovať na rôzne kognitívne úlohy a ich zmeny. Neurológovia zo známeho MITu už roky skúmajú, či táto flexibilita vzniká už na úrovni samotných neurónov, alebo je to výsledok výlučne rôzne skombinovanej spolupráce úzko špecializovaných buniek. Dokáže byť určitý neurón v procese poznávania multifunkčný?

V pomere veľkosť mozgu : veľkosť tela človek vysoko prevyšuje ostatné primáty. Nielen tento faktor je však dôležitý. Rovnakou mierou „k poľudšteniu opice“ prispela aj štruktúra mozgu, jeho zložitosť a prepojenosť jednotlivých centier.

Zvětšit obrázek
Prefrontálna kôra je ukrytá v prednej časti lebky. (Zdroj: Humboldt State University

 

Nie všetky oblasti mozgu sa vo vývoji človeka zväčšili rovnakou mierou, niektoré - napríklad čuchové centrum - sa u ľudí, v porovnaní s príbuznými druhmi, zmenšili. Ako naša evolučná vetva dorastala k rodu Homo, v rýchlo sa vyvíjajúcej mozgovej kôre začala dominovať predná čelová oblasť – prefrontálna kôra. Je centrom mnohých vyšších funkcií, a bez veľkého zjednodušenia by sa dalo povedať, že je najdôležitejším centrom nášho „človečenstva“. Jej správna činnosť nám umožňuje vcítiť sa do pocitov iných, rozoznať základné prejavy dobra – zla, spravodlivosti – nespravodlivosti a v kombinácii so získanými poznatkami i spoločenskými normami posúdiť etickú stránku konania.

Zvětšit obrázek
Porovnanie relatívnej veľkosti prefrontálnej kôry a jej vplyv na tvarovanie čelovej časti lebky.

 

Vďaka vyvinutej a fungujúcej prefrontálnej kôre sa vieme napríklad rozhodnúť, či je vhodné v určitej situácii zvoniaci mobil vypnúť, alebo hovor prijať. Takže pomocou čelnej časti mozgu korigujeme naše emocionálne stavy a sociálne správanie, prijímame „správne“ rozhodnutia, plánujeme, kategorizujeme získané informácie a spájame ich do vzájomných súvislostí. Je to pracovná pamäť nášho počítača v hlave. Jej poruchy síce neohrozia priamo život, ale postihnutým veľmi skomplikujú život v spoločnosti.


Prefrontálna kôra je výkonné centrum s kumulovanými povinnosťami rôzneho charakteru, ktoré musí niekedy vykonávať simultánne, alebo medzi nimi v okamihu prepínať. Ako to ale zvláda? Ako si úlohy medzi sebou delia samotné neuróny? Nakoľko sa špecializujú a nakoľko sú univerzálne, teda „multifunkčné“?
Na otázky sa len postupne hľadajú odpovede. Už roky sa do týchto tajomstiev snaží preniknúť aj tím neurológov v Picowerovom ústave pre učenie a pamäť Massachusettského technického inštitútu, známeho pod skratkou MIT. Vedci pod vedením profesora Earla Millera uskutočnili viacero pokusov na opičkách druhu Makak rhesus (Macaca mulatta). Do bočnej oblasti prefrontálnej kôry mozgovej, o ktorej sa z predchádzajúcich pokusov vie, že je spojená s rozoznávaním a kategorizáciou pozorovaných objektov, im priamo zaviedli senzory, v snahe sa dopátrať, ako pri prepínaní medzi dvoma rozdielnymi úlohami reagujú samotné neuróny.

Zvětšit obrázek
Chutná odmena motivuje opičky dokola riešiť podobné úlohy pri vedeckých experimentoch. Kredit: Riken Brain Science Institute

 

Aby bol zrejmý princíp pokusu, povedzme si, čo budeme rozumieť pod slovom kategorizácia: zaradenie objektu k množine iných objektov, ktoré spájajú základné spoločné vlastnosti. Napríklad, ak by sme po prvý krát v živote videli psa z rasy Čau-čau, vedeli by sme, že patrí k rovnakému druhu (do rovnakej kategórie) ako napríklad ratlík. (Ktovie, aký zložitý by musel byť počítačový program, aby to dokázal počítač napojený na kameru). My, bez toho, aby nám to robilo akékoľvek problémy, automaticky rozpoznávame bezpočet rôznych kategórií, akýchsi množín a podmnožín vecí rovnakého typu, podtypu. Pričom samozrejme nemusí ísť len o predmety. Kategorizáciu, aj keď na rôznej úrovni, zvládajú aj iné zvieratá a ostatné primáty nám v tejto schopnosti môžu celkom úspešne konkurovať.

Zvětšit obrázek
Rozdiely v jednotlivých kategóriách mohli byť nepatrné. Makaky sa ich naučili úspešne rozoznávať. Podľa: J.A.Cromer et al. /Neuron 2010

 

Malý Millerov tím trénoval dvoch makakov na rozoznávanie mačiek od psov a športových áut od sedanov. Nakoniec opičky zvládali vnímať základné znaky, podľa ktorých sa im darilo celkom úspešne rozlišovať aj mačko-psov od pso-mačiek (niektoré znaky pripomínali druhý druh) a športovejšie vyzerajúce sedany od športových áut s klasickejším „dôstojnejším“ dizajnom. Že to pri „hybridoch“ nemali jednoduché, dokazujú obrázky vpravo. Základné typy vedeli rozoznať bez chýb, tie „krížené“ na 80 %.


Takto vycvičené makaky neurovedci podrobili zložitejšej skúške: úlohy „mačka alebo pes?“, „športiak, alebo sedan?“ striedali. Zároveň monitorovali, ktoré zo snímaných 455 neurónov prefrontálnej kôry sa do akej úlohy zapája a ako reagujú na zmenu.


Výsledky preukázali, že niektoré neuróny sa pri tréningu úzko špecializovali len na jeden typ auta (napr. sedan), alebo jeden typ zvieraťa (napr. pes). Ďalšia skupina sa zaktivovala buď pri ľubovoľnom aute, alebo ľubovoľnom zvierati a teda sa zapájala do jednej, alebo druhej kategorizácie. Ale prekvapivých až 44 % zo všetkých neurónov, ktoré sa v priebehu pokusov vôbec niekedy aktivovali, pracovalo pri jednej aj pri druhej úlohe. To naznačuje, že neuróny prefrontálnej kôry majú schopnosť sa pri zložitejšej a meniacej sa poznávacej činnosti rýchle preorientovať, podobne ako mentálne zdravý človek dokáže rýchle zmeniť tému rozhovoru, alebo odpovedať na rôzne, za sebou nasledujúce otázky - čo je vlastne odrazom správne fungujúcej (aj) prefrontálnej kôry.


Možno sa z laického hľadiska výsledky nezdajú byť nijako prevratné a neočakávané. Takáto plasticita samotných nervových buniek je ale vraj výnimočná. Predchádzajúce výskumy mapujúce aktivitu v iných oblastiach mozgu naopak potvrdili veľmi úzku špecializáciu jednotlivých neurónov. Napríklad tie v zrakovom centre podliehajú pravidlám deľby „práce“ a reagujú výlučne na „svoje“ vstupné podnety - napríklad len na kolmé línie, alebo na určitú farbu. Niektoré sa vraj aktivujú len pri pohľade na tvár konkrétneho známeho človeka.

Zvětšit obrázek
A/ Zviera, alebo auto? Do oboch úloh sa zapájalo až 44 % aktivovaných neurónov. B/ Výsledky prechádzajúceho výskumu: mačka, alebo pes? Neuróny aktivované len v jednom type kategorizácie sa vo väčšej miere špecializovali - "len" 24 % bolo aktívnych pri zobrazení psa aj pri zobrazení mačky. Podľa: J.A.Cromer et al. /Neuron 2010

 

„Naše výsledky naznačujú, že prefrontálna kôra je veľmi tvárna a odlišuje sa od kôrových oblastí, ktoré spracúvajú zmyslové vnemy a riadia vedomé pohyby,“ vysvetľuje Earl Miller. „Je to dôležité, pretože to umožňuje ľudskému mozgu spracovať množstvo rôznych informácií.“


Na mieste by bola asi námietka, že obe úlohy, ktoré pri experimente opičky riešili, boli takpovediac „z jedného súdka“ – kategorizácia vizuálnych podnetov. Miller ale dúfa, že sa mu teória o plasticite samotných neurónov podarí potvrdiť aj pri prepínaní medzi troma úlohami, ktoré vyžadujú zapojenie rozdielnych poznávacích funkcií a prípadne budú aktivované rôznymi zmyslovými vstupmi, napríklad vizuálnym, zvukovým, alebo čuchovým podnetom.


Miller je presvedčený, že jeho výskum smeruje k pochopeniu neurologického zákulisia niektorých prejavov autizmu, keď napríklad takto postihnuté dieťa má problém pochopiť, že dva podobné, len inak sfarbené veci patria do tej istej kategórie. Zároveň dopĺňa predstavu o mechanizmoch poznávacieho procesu, kde evolučne staršie a hlbšie v mozgu uložené centrá, ako napríklad bazálne gangliá, sú vstupnou bránou pre informácie o novom objekte, ktoré prefrontálna kôra ďalej kategorizuje: „Bazálne gangliá rozoznávajú jednotlivé kamienky mozaiky a prefrontálna kôra z nich skladá správny obraz“.

 



Zdroje: press správy MIT 1 a 2, Neuron

Datum: 11.06.2010 16:35
Tisk článku

Od neuronu k mozku - Nicholls John G., kol.
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 750 Kč
cena: 607 Kč
Od neuronu k mozku
Nicholls John G., kol.
Související články:

Proč migréna zahání své oběti do tmy     Autor: Dagmar Gregorová (15.01.2010)
Neurony se chovají jako sbor volitelů při volbě prezidenta     Autor: Josef Pazdera (16.09.2009)
Mozkové buňky mohou střílet salvami     Autor: Josef Pazdera (14.03.2005)
Způsob komunikace nervových buněk lze měnit     Autor: Josef Pazdera (08.06.2004)
Cholin nabíjí mozky     Autor: Jaroslav Petr (20.03.2004)



Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace