Elektrická autostimulace mozku  
Živý mozek obklopují slabá elektrická pole, které sám indukuje svou činností – rozesíláním bezpočtu elektrochemických signálů obrovskou sítí neuronů. Zdá se, že naše hlavní řídící centrum tyto vlastní elektrické zdroje dokáže využít jako lokální podpůrné elektrostimulátory.

 

Geniální struktura o objemu 1,5 litru

Čtete tento text a bez problémů si krátké posloupnosti kombinací 42 různých písmen spojujete s konkrétními významy, které nemusí označovat hmatatelné objekty, nýbrž zcela abstraktní pojmy. Možná zároveň posloucháte hudbu a popíjíte kávu nebo někomu říkáte, že je to divný úvod k popularizačnímu článku... a zdravé tělo všechno poslušně vykonává. A nejen to. Dokážete si v mysli vybavit reálné vzpomínky i vytvořit nereálné představy. Plánujete, nacházíte souvislosti a jinotaje, pociťujete emoce, rozhodujete se ve věcech jednoduchých i složitých. To vše a mnohem, mnohem více řídí nevelká výkonná centrála s obrovským spektrem navzájem propojených funkcí - mozek. I kdybyste přečetli ty nejdůležitější vědecké studie, které se snaží proniknout do tajemství jeho fungování, i tak vás jeho komplexita a schopnosti budou udivovat. Možná o to více. Myšlenkami dokážeme přesáhnout hranice možností našich smyslů a pochopit podivnosti nanosvěta i vesmírného časoprostoru a to mnohdy dříve, než je můžeme pomocí přístrojů pozorovat nebo nepřímo registrovat . A i ty přístroje vznikly nejdřív ve virtuální realitě našich myšlenek, jež se „nějak“ rodí ve spleti desítek miliard neuronů napěchovaných do objemu necelého jeden a půl litru.

Zvětšit obrázek
Vědci z Caltechu zkoumali malou oblast na řezu mozkové kůry potkana, kde se nachází pyramidální buňky - typ neuronů, které jsou důležité pro mozkovou plasticitu a procesy spojené s poznáváním. Kredit: MIT/Department of Brain and Cognitive Sciences


Mozek a elektrická pole

O vzájemné komunikaci neuronů pomocí elektrochemických impulzů, které se šíří různě dlouhými buněčnými výběžky do koncových synapsí, kde je specifické chemické látky předávají dalším neuronům, se lze dočíst v každé základní učebnici biologie. Méně se ale ví o jiném způsobu vzájemné koordinace činnosti neuronových buněk pomocí elektrických polí, které uvnitř mozku neustále vznikají právě jako důsledek aktivity nervových obvodů. Dlouho se tato proměnlivá, navzájem se překrývající pole považovala jenom za vedlejší produkt, který poskytuje vynikající nástroj pro neinvazivní neurologický výzkum, na diagnostiku metodou elektroencefalografie. Pří ní hustá síť kontaktních elektrod snímá z povrchu lebky parametry a změny těchto polí v různých částech mozku. Ale desetiletí používaná kontroverzní elektrokonvulzivní léčba (terapie pomocí elektrošoků) některých závažných stavů neurologických poruch naznačuje, že vše může fungovat i naopak a aktivitu neuronů lze ovlivnit elektrickým polem, i když v tomto případě jde o sekundy trvající pulzy s výkonem až několik stovek Wattů. Jistou formu elektrošoků si ale mozek může způsobovat sám v podobě epileptických záchvatů. Při nich se hyperaktivuje nějaká mozková oblast/oblasti, přičemž okamžitá synchronizace činnosti mnoha neuronů může vygenerovat pole o intenzitě až 100 V/m. To pak vybudí k překotné činnosti další oblasti. V obou zmíněných případech silné pole (vnější, nebo vnitřní) ovlivňuje neuronální aktivitu. Jenže jak je to se slabšími přirozenými poli, která jsou v mozku stále přítomna? Jsou jenom „byproduktem“ jeho činnosti, nebo ji zpětně ovlivňují? "B" je správně. Již dřívější výzkumy prokázaly, že kromě synaptických existují i takzvané efaptické přenosy. Nedějí se na koncích axonů a dendritů, ale právě podél jejich cest. Když se tyto výběžky dvou neuronů křižují, nebo míjejí v bezprostřední blízkosti, elektrické pole indukované v mezibuněčné tekutině procházejícím signálem v jednom z nich může vyvolat nebo sesynchronizovat aktivitu v tom druhém. Extrémním případem vlivu těchto extracelulárních polí mohou být i zmíněné epileptické záchvaty.

Zvětšit obrázek
Efaptické vazby synchronizují aktivitu okolních neuronů. Kredit: Anastassiou et.,Nature Neuroscience, 2011

 

Efaptické vazby nutí neurony k spolupráci

Vědci efaptické vazby studují hlavně in vitro, v tenkých řezech mozkové tkáně, i když již existují výzkumy na živých mozcích laboratorních zvířat v narkóze. Dosud nejpřesnějšího časoprostorového rozlišení při studiu tohoto jevu se podařilo dosáhnout týmu Christofa Kocha, významného neurologa z California Institute of Technology (Caltech). Výsledky studie publikoval v časopisu Nature Neuroscience. O efaptické vazbě první autor článku Costas Anastassiou říká: "Aktivní neurony vytvářejí extracelulární (mimobuněčné) pole a ty zpětně působí na okolní neurony a ovlivňují jejich chování. A to i v případě když nejsou v přímém kontaktu.“


Vědci z Caltechu se zaměřili na speciální třídu signálů, na takzvané potenciály lokálních polí, jež vytváří elektrické proudy způsobené elektrochemickou aktivitou v synapsích. Jde o poměrně intenzivní, pomalu oscilující lokální pole. Měření vyžaduje zručnost, preciznost a vytrvalost, protože mu předchází umístění soustavy 12 drobných tenounkých elektrod v rozestupech pět setin milimetru do konkrétní malé oblasti tkáně mozkové kůry potkana. Samotný Anastassiou ještě nedávno tvrdil, že této úrovně prostorového rozlišení nebude schopen nikdo dosáhnout.


Výsledky prokázaly, že už velmi slabá mimobuněčná pole o intenzitě jednoho voltu na metr ovlivňují přenos signálů neurony nacházejícími se v místě působení polí a zvyšují míru synchronizace jejich činnosti. "Víme, že uvnitř savčího mozku extracelulární pole může snadno přesáhnout intenzitu dva až tři volty na metr. Naše výsledky naznačují, že za takových podmínek se efaptické vazby již projeví." dodává Anastassiou.


Elektrostimulace

Takže i slabší elektrická pole mohou podpořit spolupráci neuronů v určitém centru. Ale jak je to s vnějšími elektrickými poli, které zdaleka nedosahují intenzity elektrošoků? Že cílená elektrická stimulace může podpořit naše výkony v matematice, loni prokázali vědci z University of Oxford.

Zvětšit obrázek
Známé hlavolamy se zápalkami, jako příklad úkolů, které museli řešit dobrovolníci při experimentech s elektrostimulací spánkových laloků. Kredit: R. Chi, A. Snyder PLoS One 2011

 

Dalšími zajímavými výsledky k tomuto tématu teď přispěli australští neurovědci. Zjistili, že když dobrovolníci podstoupili elektrickou stimulaci předních spánkových laloků, byli schopni třikrát rychleji než jejich „soupeři“ z kontrolní skupiny najít nový přístup k řešení složitého, pro ně neznámého úkolu. Vědci jsou přesvědčeni, že je to důsledek naší přirozené tendence strnule aplikovat osvědčené strategie. Jenže to nám zároveň brání v kreativním přístupu při řešení nových problémů, s nimiž jsme se ještě nesetkali. „Naše zkušenosti nás můžou zaslepit. Když jsme se jednou naučili řešit úkoly jednou metodou, jenom těžko nalézáme řešení vyžadující jiný pohled na věc,“ tvrdí Richard Chi a Allan Snyder z University v Sydney, autoři studie, jejíž výsledky se objevily v prvním únorovém vydání časopisu PLoS One.


Vědci v rámci vlastní university naverbovali kolegy ve věku 18 až 38 let. Po vstupních testech z nich vybrali 30 žen a 30 mužů. Těm pak předložili různé hlavolamy a v průběhu řešení jim do elektrod upevněných na lebce v oblasti obou předních spánkových laloků pouštěli elektrický proud. Jeho intenzitu ručně měnili okolo střední hodnoty 1,6 mA (proudová hustota 0,0457 mA/cm2). Ale ne všem. Přístroj byl zkonstruován tak, že účastník sice viděl vypínač v poloze „ON“, ale to ještě neznamenalo, že i jeho mozková centra právě podléhala elektrické stimulaci. Tak vědci vyčlenili nic netušící kontrolní skupinu a s jejími výsledky pak porovnávali úspěšnost těch ostatních. Celý experiment vycházel z již dříve získaných poznatků, že stimulace levého předního spánkového laloku pomocí katody, která způsobuje snížení aktivity, současně s anodovou stimulací zvyšující aktivitu v oblasti pravého laloku, podporují schopnost jedince lépe a rychleji proniknout do problému a najít neotřelé řešení.

Zvětšit obrázek
Porovnání úspěšnosti řešení úkolu v průběhu času. Bodkovaná čára = kontrolní skupina bez elektrostimulace, L+R- = na levém spánkovém laloku anoda, na pravém katoda, L-R+ = naopak. Kredit: R. Chi, A. Snyder PLoS One 2011

 

Jak testy dopadly? Po šesti minutách se s řešením zadaných úkolů trápilo 80 % dobrovolníků v kontrolní nestimulované skupině, ale jenom 40 % těch, kterých mozek byl „pod proudem“ tekoucím tím správným směrem z levého spánkového laloku do pravého. Když byla polarita opačná, podpůrní účinek se nedostavil. Zajímavé je i to, že si s úkoly zaměřenými na logiku a netradiční přístup k řešení poradily ženy nepatrně lépe než muži. Ve věku byl malý rozdíl ve prospěch těch mladších.


I když se vám elektrostimulace zdá být zajímavá, nedělejte ze sebe domácího pokusného králíka v přesvědčení, že tím „zmoudříte“. Je žel pravděpodobně jen otázkou času, kdy se tímto inspirují podnikaví a všehoschopní „léčitelé“ a rozšíří svou ponuku různých alternativních metod založených na „vědeckých důkazech“ (jestli se tak již nestalo). Důvěřiví by si měli uvědomit, že studie se nezabývají případnými negativními důsledky často opakovaných stimulací a nemusí popisovat zcela správný terapeutický přístup. Takže v případě samozvaných a nikým nekontrolovaných léčitelů různého druhu je projevem moudré rozvahy skepticizmus a ne naivní důvěra.


Allan Snyder z University v Sydney představuje "čelenku kreativity a myšlení" připojenou na regulovatelný zdroj slabého elektrického proudu dodávaného bateriemi. Malé polštáře (modrý a žlutý) nad ušima skleněné figuríny ukrývají plošné dotekové elektrody působící v oblasti spánkových laloků. Asi ani v tomto případě neuškodí dávka zdravého skepticizmu...


Video: Na závěr pět minut angličtiny zajímavou formou – o mozkové kůře a synaptických přenosech signálů mezi neurony



Zdroje: California Institute of Technology,Nature Neuroscience , PLoS One

Datum: 09.02.2011 17:20
Tisk článku

Pravidla mozku - Medina John
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 329 Kč
cena: 279 Kč
Pravidla mozku
Medina John
Související články:

Maniodepresivní kmenové buňky     Autor: Jan Zikmund (27.03.2014)
Světelný ovladač mozkové aktivity     Autor: Dagmar Gregorová (07.01.2010)
Nové buňky omlazují mozek     Autor: Jaroslav Petr (04.06.2007)



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