Znajdź zawartość

Badacze z MIT, University of Cambridge i McGill University skanowali mózgi ludzi oglądających filmy i dzięki temu stworzyli najbardziej kompletną mapę funkcjonowania kory mózgowej. Za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) naukowcy zidentyfikowali w naszej korze mózgowej 24 sieci połączeń, które pełnią różne funkcje, jak przetwarzanie języka, interakcje społeczne czy przetwarzanie sygnałów wizualnych. Wiele z tych sieci było znanych wcześniej, jednak dotychczas nie zbadano ich działania w warunkach naturalnych. Wcześniejsze badania polegały bowiem na obserwowaniu tych sieci podczas wypełniania konkretnych zadań lub podczas odpoczynku. Teraz uczeni sprawdzali ich działanie podczas oglądania filmów, byli więc w stanie sprawdzić, jak reagują na różnego rodzaju sceny. W neuronauce coraz częściej bada się mózg w naturalnym środowisku. To inne podejście, które dostarcz nam nowych informacji w porównaniu z konwencjonalnymi metodami badawczymi, mówi Robert Desimone, dyrektor McGovern Institute for Brain Research na MIT. Dotychczas zidentyfikowane sieci w mózgu badano podczas wykonywania takich zadań jak na przykład oglądanie fotografii twarzy czy też podczas odpoczynku, gdy badani mogli swobodnie błądzić myślami. Teraz naukowcy postanowili przyjrzeć się mózgowi w czasie bardziej naturalnych zadań: oglądania filmów. Wykorzystując do stymulacji mózgu tak bogate środowisko jak film, możemy bardzo efektywnie badań wiele obszarów kory mózgowej. Różne regiony będą różnie reagowały na różne elementy filmu, jeszcze inne obszary będą aktywne podczas przetwarzania informacji dźwiękowych, inne w czasie oceniania kontekstu. Aktywując mózg w ten sposób możemy odróżnić od siebie różne obszary lub różne sieci w oparciu o ich wzorce aktywacji, wyjaśnia badacz Reza Rajimehr. Bo badań zaangażowano 176 osób, z których każda oglądała przez godzinę klipy filmowe z różnymi scenami. W tym czasie ich mózgi były skanowane aparatem do rezonansu magnetycznego, generującym pole magnetyczne o indukcji 7 tesli. To zapewnia znacznie lepszy obraz niż najlepsze komercyjnie dostępne aparaty MRI. Następnie za pomocą algorytmów maszynowego uczenia analizowano uzyskane dane. Dzięki temu zidentyfikowali 24 różne sieci o różnych wzorcach aktywności i zadaniach. Różne regiony mózgu konkurują ze sobą o przetwarzanie specyficznych zadań, gdy więc mapuje się je z osobna, otrzymujemy nieco większe sieci, gdyż ich działanie nie jest ograniczone przez inne. My przeanalizowaliśmy wszystkie te sieci jednocześnie podczas pracy, co pozwoliło na bardziej precyzyjne określenie granic każdej z nich, dodaje Rajimehr. Badacze opisali też sieci, których wcześniej nikt nie zauważył. Jedna z nich znajduje się w korze przedczołowej i wydaje się bardzo silnie reagować na bodźce wizualne. Sieć ta była najbardziej aktywna podczas przetwarzania scen z poszczególnych klatek filmu. Trzy inne sieci zaangażowane były w „kontrolę wykonawczą” i były najbardziej aktywne w czasie przechodzenia pomiędzy różnymi klipami. Naukowcy zauważyli też, że były one powiązane z sieciami przetwarzającymi konkretne cechy filmów, takie jak twarze czy działanie. Gdy zaś taka powiązana sieć, odpowiedzialna za daną cechę, była bardzo aktywna, sieci „kontroli wykonawczej” wyciszały się i vice versa. Gdy dochodzi do silnej aktywacji sieci odpowiedzialnej za specyficzny obszar, wydaje się, że te sieci wyższego poziomu zostają wyciszone. Ale w sytuacjach niepewności czy dużej złożoności bodźca, sieci te zostają zaangażowane i obserwujemy ich wysoką aktywność, wyjaśniają naukowcy. « powrót do artykułu

Skany mózgu dwóch szczepów myszy wypijających znaczne ilości alkoholu ujawniły, że u zwierząt pozbawionych receptorów dopaminy DRD2 dochodzi do zmniejszenia objętości kory mózgowej i wzgórza. Oznacza to, że receptory DRD2 zabezpieczają przed uszkodzeniami mózgu przez alkohol. Dr Foteini Delis, neuroanatom z Behavioral Neuropharmacology and Neuroimaging Lab w Brookhaven, przypomina, że już wcześniejsze odkrycia sugerowały, że receptory dopaminowe D2 chronią przed uzależniającym wpływem alkoholu. W ramach najnowszego studium Amerykanie sprawdzali, jak spożycie alkoholu oddziałuje na ogólną objętość mózgu oraz objętość poszczególnych struktur/rejonów u zwykłych myszy oraz gryzoni z wyeliminowanym genem receptorów dopaminowych D2. Przez pół roku połowa każdej z grup piła czystą wodę, a reszta 20-procentowy etanol. Po upływie tego czasu mózg wszystkich zwierząt zbadano za pomocą rezonansu magnetycznego. Okazało się, że przewlekłe spożycie alkoholu prowadziło do ogólnej atrofii mózgu, oraz zmniejszenia objętości kory i wzgórza, ale tylko u zwierząt z brakującymi receptorami DRD2. Jeden z członków zespołu, Peter Tanatos, podkreśla, że uszkodzenia mózgu przypominały te widywane u alkoholików, dlatego myszy stanowią wiarygodny model badań. U ludzi te rejony mózgu są krytyczne dla przetwarzania mowy, danych czuciowych oraz sygnałów ruchowych, a także tworzenia długotrwałych wspomnień. Poziom DRD2 poniżej normy zwiększa jednostkową podatność na uszkadzające działanie alkoholu. Ponieważ oznacza on także podwyższone ryzyko uzależnienia, staje się jasne, że to układ dopaminergiczny powinien się stać przedmiotem badań nad istotą i leczeniem alkoholizmu.

Wielkość i kształt ludzkiej kory mózgowej są prawdopodobnie określane przez pojedynczy gen. Do takiego wniosku doszli naukowcy z uniwersytetów Yale, Cambridge, Harvard oraz Northwestern, którzy badali przypadki jednej tureckiej i dwóch pakistańskich rodzin. W rodzinach tych rodzą się dzieci z najcięższymi przypadkami mikrocefalii. Wielkość mózgów noworodków wynosi zaledwie 10% normalnych rozmiarów, a kora mózgowa jest nieprawidłowo ukształtowana. Badania wykazały, że za nieprawidłowości odpowiada pojedynczy gen - NDE1. Stopień redukcji rozmiarów kory mózgowej oraz wpływ na morfologię mózgu sugerują, że gen ten odgrywa kluczową rolę w ewolucji ludzkiego mózgu - mówi Murat Gunel z Yale University. Te odkrycia pokazują, jak pojedyncza molekuła wpłynęła na rozwinięcie się ludzkiego mózgu w ciągu ostatnich pięciu milionów lat. Jesteśmy krok bliżej do zrozumienia, jak doszło do tego cudu - dodaje uczony. W pracach brali też udział naukowcy z Turcji i Arabii Saudyjskiej.

Zdarza się, że człowiek spokojny i opanowany znienacka wybucha emocjami, nad którymi nie potrafi zapanować. W zasadzie dotyka to niemal każdego. Dlaczego tak trudno kontrolować najsilniejsze emocje - odpowiedzieli naukowcy z Uniwersytetu Michigan: Kent Berridge, Jocelyn Richard i Alexis Faure. Ich zdaniem, emocje codzienne i te najsilniejsze mają osobny „system sterowania", a normalne sygnały wzbudzające i hamujące są zdumiewająco nieskuteczne w przypadku emocji ekstremalnych. Ze wcześniejszych prac Berridge'a wiadomo było, że dopamina, która motywuje do szukania nagrody, współpracuje z glutaminianem przy wywoływaniu silnych emocji: pożądania i strachu, w sąsiadujących regionach mózgu. Ta praca wykazała też, że dopamina może być odpowiedzialna tak samo za negatywne odczucia - strach w schizofrenii czy fobie, jak i za uzależnienie od narkotyków, powodując silne pragnienie. Nowa praca nad kontrolowaniem emocji powstała dzięki doświadczeniom na szczurach, którym bezboleśnie, dzięki mikroiniekcjom, wstrzykiwano substancje zakłócające działanie neuroprzekaźników: glutaminianu lub GABA. Praca porównuje wytwarzanie uczuć pożądania i strachu w jądrze półleżącym w mózgu przez sygnały glutaminianem oraz przez chemiczne sygnały GABA (kwas γ-aminomasłowy, kwas 4-aminobutanowy), przychodzące z głębszych, podkorowych warstw mózgu. Neuroprzekaźnik GABA jest głównym inhibitorem w centralnym systemie nerwowym. Doświadczenia wykazały, że w porównaniu do obszarów głębokich, najwyższe warstwy kory mózgowej mają ograniczone możliwości wpływania na odczuwanie przyjemności. Jedynie głębokie sygnały GABA potrafiły wywołać przyjemność podczas wywoływania uczucia pożądania oraz odczucia nieprzyjemne podczas generowania strachu. Badanie wyjaśnia, dlaczego niektóre, szczególnie intensywne lub patologiczne emocje są tak trudne do kontrolowania. Skrajne emocje wypływające z głębokich obszarów mózgu są odporne na próby wpływania przez korę mózgową.

Jak daleko sięgają ewolucyjne źródła naszego ludzkiego rozumu? Najnowsze badania europejskich biologów molekularnych dowodzą, że przynajmniej 600 milionów lat wstecz, do wspólnego przodka naszego i spokrewnionych z dżdżownicą morskich organizmów: wieloszczetów. Raju Tomer i Detlev Arendt, uczeni z European Molecular Biology Laboratory (EMBL, Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej) oparli swoje badania na zupełnie nowej metodzie porównawczej. Zamiast porównywać kształt, umiejscowienie i funkcje poszczególnych komórek mózgowych, wybrali katalogowanie genomu w badanych komórkach i porównywanie ekspresji genów metodą nazwaną „profilowaniem komórkowym przez rejestrację obrazów". Pozwoliło im to odnaleźć ewolucyjne podobieństwo pomiędzy mózgiem człowieka a mikromózgiem nereidów - pokrewnych ziemnym dżdżownicom zwierzętom morskim z gromady wieloszczetów, należących do pierścienic. Dlaczego właśnie wieloszczety? Organizmy te, żyjąc w rytych przez siebie norach aktywnie poszukują pożywienia i wykazują umiejętność uczenia się - dlatego uznano je za doskonały materiał do poszukiwania odpowiedników mózgu kręgowców u bezkręgowców. Szukano wspólnych elementów - komórek spokrewnionych ewolucyjnie u tak odległych gatunków. I znaleziono. Jak się okazuje, zalążki ludzkiej kory mózgowej to obecne u wszystkich bezkręgowców ciała grzybkowate (nazwane tak ze względu na kształt). Ludzka kora mózgowa jest głównym ośrodkiem uczenia się - gromadzi, analizuje i zapamiętuje informacje zmysłowe i skupia wyższe funkcje mózgu. Podobną rolę - choć oczywiście w ograniczonym zakresie - pełnią ciała grzybkowate w mózgach bezkręgowców: są centrum analizy danych zmysłowych, skojarzeń i podejmowania decyzji w oparciu o doświadczenie. Zostały one odkryte już w 1850 roku przez francuskiego biologa Felixa Dujardina, który jako pierwszy uważał, że pozwalają one insektom podejmować decyzje świadomie, na poziomie wyższym niż instynkt. Pierwociny ośrodków decyzyjnych opartych na pamięci - jak uważają autorzy badania - musiały wykształcić się wśród organizmów przydennej sfery oceanu, gdzie pod dostatkiem było organicznych szczątków, mogących służyć za pożywienie. W tej sytuacji analizowanie bodźców węchowych w oparciu o zapamiętane doświadczenia pozwalało lepiej wybierać to, co nadawało się do zjedzenia. Badania w oparciu o nową metodę będą kontynuowane i pozwolą lepiej odtworzyć i zrozumieć ewolucję mózgu, a przez to również funkcje jego poszczególnych obszarów. Naukowcy są ciekawi, jak wyglądał mózg ostatniego wspólnego przodka kręgowców i bezkręgowców i mają nadzieję go zrekonstruować. Studium zostało opublikowane w periodyku Cell.

Niektórzy mieli możność obserwować, inni tylko czytać o zachowaniu myszy złapanych przez kota. Gryzonie w takiej sytuacji zamierają. Strach: udawać nieżywego, uciekać, czy atakować? Tak można w skrócie podsumować możliwe strategie w przypadku zagrożenia. Jak się okazuje, za wybór postępowania wobec strachu odpowiadają określone części mózgu i wydzielone grupy neuronów, którymi można sterować farmakologicznie. Zaawansowane badania przeprowadziła wspólna ekipa włoskich naukowców z European Molecular Biology Laboratory (Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej, EMBL) w Monterotondo oraz laboratorium firmy farmaceutycznej GlaxoSmithKline w Weronie. Nowoczesne podejście polegało na połączeniu technik modyfikacji genetycznej, farmakologii oraz obrazowanie pracy mózgu myszy przy pomocy funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Głównym ośrodkiem mózgu reagującym na strach i uczucie zagrożenia jest ciało migdałowate. Działa ono niezależnie od innych struktur mózgu, pozwalając na błyskawiczną reakcję, zanim sytuacja zostanie przetworzona przez korę nową, czyli poddana świadomej analizie. Naukowcy zmodyfikowali genetycznie myszy tak, żeby komórki tzw. typu I w ciele migdałowatym jako reagowały na substancję chemiczną, blokującą ich działanie, w ten sposób można było farmakologicznie „wyłączać" przetwarzanie strachu przez badane gryzonie. Myszy uwarunkowano tak, aby odczuwały strach na określony sygnał dźwiękowy. Funkcjonowanie mózgu straszonych myszy badano przy pomocy fMRI. Doświadczenie przyniosło zaskakujące rezultaty, jak mówi Cornelius Gross, prowadzący projekt ze strony EMBL. Kiedy zahamowano działanie neuronów odpowiadających na strach, myszy przestały zastygać ze strachu - tego się spodziewano. Nie spodziewano się natomiast tego, że zamiast zastygać - zaczną reagować na bodziec dźwiękowy w odmienny sposób, np. agresją. Doświadczenie pokazało, jak podsumowuje dr Gross, że zablokowanie funkcji ciała migdałowatego wcale nie likwiduje uczucia strachu - to podważa powszechny pogląd na funkcję tego obszaru mózgu. Zamiast tego, zmienia się odruchowa strategia w obliczu zagrożenia - z biernej na czynną, aktywną. Funkcjonalny rezonans magnetyczny, w wersji dostosowanej do laboratoryjnych myszy przez Angelo Bifone'a z laboratorium GlaxoSmithKline, wykazał że zmianie strategii obronnej towarzyszy wzmożona aktywność kory mózgowej. Farmakologiczne zablokowanie aktywności kory przy pomocy atropiny z kolei przywróciło pierwotną reakcję na strach - zamieranie w bezruchu. Doświadczenie dowodzi, że ciało migdałowate steruje reakcją na strach nie poprzez pień mózgu, jak dotychczas sądzono, ale poprzez korę mózgową. Daje to uczonym zajmującym się funkcjonowaniem mózgu nowe zagadki i tematy do badań. Również ludzie reagują na strach według tych schematów: bierności lub agresji. Zrozumienie sposobu, w jaki wybierana jest strategia może mieć istotne znaczenie dla leczenia niektórych chorób, czy w adaptacji do sytuacji stresowych.

Badanie dwiema różnymi metodami obrazowania ujawniło, że granie w Tetris zwiększa grubość kory i poprawia efektywność pracy mózgu, czyli zmniejszać wysiłek wkładany w wykonanie zadania (BMC Research Notes). Badacze z Mind Research Network w Albuquerque zamierzali sprawdzić, czy praktyka może poprawić wydajność mózgu, zwiększając ilość istoty szarej. W związku z tym przez 3 miesiące 26 nastolatek grało w Tetris po pół godziny dziennie. Przed i po zakończeniu eksperymentu wszystkim dziewczynom wykonano zarówno strukturalny, jak i funkcjonalny rezonans magnetyczny. Identyczne badania przeszły też przedstawicielki grupy kontrolnej. Strukturalne MRI pozwoliło ustalić grubość kory, a funkcjonalne wydajność mózgu. Dziewczęta, które trenowały z grą komputerową angażującą wiele funkcji poznawczych, mogły się pochwalić większą efektywnością mózgu (potwierdza to zresztą wyniki wcześniejszych studiów). W porównaniu do nastolatek z grupy kontrolnej, doszło u nich do pogrubienia kory, ale nie w tych samych obszarach, gdzie zwiększyła się skuteczność. Grubość kory zwiększyła się w 6. polu Brodmanna (BA 6) lewego płata czołowego oraz 22. i 38. polu Brodamanna (BA 22 i BA 38) lewego płata skroniowego. BA 6 to kora przedruchowa, która pełni ważną rolę w planowaniu złożonych, skoordynowanych ruchów. BA 22 i BA 38 stanowią część mózgowego systemu integracji wielozmysłowej. Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) ujawnił lepszą wydajność procesów głównie w prawych płatach czołowym i ciemieniowym, a konkretnie w polach BA 32, 6, 8, 9, 46 i BA 40. Są one związane z krytycznym myśleniem, językiem oraz przetwarzaniem informacji. Najbardziej zaskakujące jest to, że rozkład zmian [w grubości kory] nie pokrywa się z lokalizacją większej wydajności. Jak mają się do siebie grubsza kora i skuteczność, pozostaje tajemnicą – podsumowuje dr Richard Haier. Naukowcy zamierzają kontynuować badania na większej i bardziej zróżnicowanej próbie. Chcą dociec, czy zmiany cofną się, gdy ludzie przestaną grać w Tetris i czy zachodzi transfer umiejętności nabytych podczas gry na inne rodzaje działań i procesy, w tym pamięć roboczą.

Nie bez powodu mówi się, że otyłość jest chorobą całego organizmu. Potwierdzają to badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego, którzy dowodzą, że w mózgach osób o nadmiernej masie ciała dochodzi do wyraźnej degeneracji obszarów odpowiedzialnych za myślenie i planowanie. Wyniki studium potwierdzają także, że znaczny wzrost masy ciała wpływa na zmniejszenie masy całego mózgu. Już we wcześniejszych badaniach udowadniano, że otyłość wiąże się ze wzrostem ryzyka demencji na późniejszych etapach życia. Dzięki studium przeprowadzonemu przez zespół dr. Paula Thompsona udało się zebrać dokładniejsze dane na ten temat oraz stworzyć nową hipotezę na temat przyczyn tego zjawiska. Jak wykazały testy przeprowadzone na 51 osobach z nadwagą, ich mózgi były średnio o 6 procent mniejsze od mózgów ich rówieśników utrzymujących prawidłową wagę ciała, zaś w przypadku 14 osób otyłych zmniejszenie objętości mózgu osiągnęło średni poziom 8 procent. Co więcej, u osób otyłych stwierdzono zmiany strukturalne, które u osób zdrowych wystąpiłyby dopiero... 16 lat później. Ze szczegółowych analiz wywnioskowano, że najpoważniejsze ubytki tkanki nerwowej pojawiły się w obrębie płatów czołowych i skroniowych kory mózgowej - obszarów kluczowych dla umiejętności logicznego myślenia oraz planowania. Co ciekawe, dotychczas nie udało się ustalić dokładnej przyczyny kurczenia się mózgu. Początkowo podejrzewano, że czynnikiem odpowiedzialnym za ten proces jest rozwój cukrzycy typu II (choroby typowej dla osób otyłych) oraz związane z nią podwyższenie poziomu insuliny, lecz z przeprowadzonych obliczeń wynika, że proces ten nie mógłby samodzielnie spowodować tak poważnych zmian. Zdaniem Thompsona "brakujące" uszkodzenia mogą być powodowane przez zakrzepy krwi, powstające u osób otyłych znacznie częściej, niż u reszty populacji. Utrudniają one dopływ krwi, przez co mogą prowadzić do obumierania neuronów. Innego zdania jest Deborah Gustafson z Uniwersytetu w Goeteborgu, także zajmująca się badaniem zaniku tkanki nerwowej u osób z nadwagą. Jej zdaniem, obserwowane zjawisko można wytłumaczyć dokładnie odwrotnie: to ubytki w płacie czołowym i skroniowym pojawiają się jako pierwsze, a efektem tego zjawiska jest zaburzenie równowagi pomiędzy uczuciami głodu i sytości, prowadzące o nadwagi. Wygląda więc na to, że pełne zrozumienie badanych zjawisk będzie wymagało dalszych badań.

Organ tak ważny, jak mózg, musi być należycie zabezpieczony. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego zaobserwowali na jego powierzchni sieć "zapasowych" naczyń krwionośnych, które w normalnych warunkach niemal nie przenoszą krwi, lecz w sytuacji zablokowania naturalnych dróg dopływu krwi natychmiast otwierają się, przywracając krążenie życiodajnego płynu. Poprzednie badania wykazały, że w reakcji na niedokrwienie mózgu dochodzi do spowolnienia przepływu krwi, mierzonego jako szybkość poruszania się pojedynczych komórek. Było to uznawane za zjawisko niekorzystne, osłabiające dopływ tlenu oraz leków. Teraz okazuje się, że efekt ten jest kompensowany przez zwiększenie średnicy naczyń, dzięki czemu rzeczywisty przepływ krwi (tzn. jej objętość docierająca w określone miejsce w jednostce czasu) pozostaje na bezpiecznym poziomie. Istnienie drugiej, "zapasowej" sieci naczyń krwionośnych znacznie zwiększa prawdopodobieństwo przeżycia udaru. Jak tłumaczy główny autor studium, prof. David Kleinfeld, przypomina to nieco funkcjonowanie sieci ulic w dużym mieście: ruch miejski spowalnia się znacznie słabiej niż mogłoby się wydawać, ponieważ w momencie, kiedy jedna z ulic zostaje zablokowana, można przenieść się na inną. Wygląda na to, że właśnie do tego dochodzi na powierzchni mózgu. Sekretem skuteczności odkrytego systemu jest jego organizacja, charakteryzująca się istnieniem licznych rozgałęzień i obejść. Umożliwia ona dotarcie krwi do określonego miejsca w mózgu nawet wtedy, gdy część "awaryjnego" obiegu krwi zostanie zablokowana. Pozwala to na minimalizację uszkodzeń, do jakich dochodzi podczas udaru mózgu. Średnica to główny czynnik determinujący sposób przepływu krwi przez naczynia. Otwórz delikatnie naczynie, a zaobserwujesz ogromną zmianę w ilości przepływającej przez nie krwi, tłumaczy dr Andy Shih, jeden z autorów odkrycia, i dodaje: przepływ krwi jest przywrócony, a wiele wskazuje na to, że te naczynia są bardzo odporne na [efekty] udaru. Funkcjonują całkiem normalnie.

Co jest lepsze: szybka, lecz nieprecyzyjna reakcja na bodziec, czy długie i dokładne przemyślenia? Wszystko wskazuje na to, że o przewadze jednego z dwóch typów odpowiedzi decyduje określona sytuacja, w której się znajdujemy. Czy oznacza to, że w mózgu istnieją dwa osobne systemy podejmowania decyzji? Badania wykonane na Uniwersytecie w Bristolu wskazują na to, że najprawdopodobniej tak właśnie jest. Główny autor badań, Pete Trimmer, tłumaczy: Jeśli porównamy mózg człowieka i gada, zauważymy, że są niezwykle podobne, nie licząc występowania u ssaków rozległej "zewnętrznej kory" [mózgowej], otaczającej wspólny dla wszystkich kręgowców "mózg podkorowy". Fakt, że gady są zdolne do podejmowania decyzji, sugerowałby, że "mózg podkorowy" bierze udział w tym procesie. Badania fMRI [funkcjonalny rezonans magnetyczny, technika badania aktywności mózgu - przyp. red.] pokazują jednak, że niektóre rejony kory (które rozwinęły się w ewolucji później) także są używane przy podejmowaniu decyzji. Czy mózg potrzebuje dwóch jednostek odpowiedzialnych za dokonywanie wyboru? Czy korzyści z posiadania kory mózgowej są na tyle duże, że człowiekowi opłaca się unosić dodatkowy ciężar i dostarczać temu rejonowi energii? Czy ewolucja kory mózgowej sprawiła, że "mózg podkorowy" jest już nam niepotrzebny i zaniknie w toku ewolucji? Między innymi na te pytania próbował odpowiedzieć dr Trimmer. Aby lepiej zrozumieć analizowane problemy, badacz stworzył dwa modele teoretyczne. Zgodnie z ich założeniami, starsza ewolucyjnie część mózgowia reprezentowana była przez układ "myślący" bardzo szybko i niedokładnie, zaś symulacja pracy rejonów rozwiniętych u ssaków zakładała stosunkowo powolne zbieranie informacji przed podjęciem decyzji w oparciu o złożony zestaw danych. Wyniki symulacji pokazują, że w sytuacjach nagłego zagrożenia, takich jak atak drapieżnika, priorytetem jest szybkość, a nie precyzja reakcji. Z tego powodu znacznie lepiej sprawuje się w takich momentach "mózg podkorowy". Okazuje się jednak, że kora mózgowa funkcjonuje doskonale w sytuacjach nietypowych i złożonych, takich jak np. te spotykane w życiu społecznym. W jakim kierunku będzie ewoluował ludzki mózg? Dr Trimmer ocenia: Ponieważ nasze życie stało się bardziej skomplikowane, korzyści wynikające ze zbierania informacji przed podjęciem decyzji wywierają presję ewolucyjną na starsze obszary mózgu. Może to prowadzić do szybkiego rozwoju kory mózgowej u ssaków. Jeśli więc ludzie będą nadal żyli w świecie pełnym zagrożeń, takich jak dzikie zwierzęta czy szybko poruszające się samochody, wciąż będzie istniała ewolucyjna korzyść z utrzymywania "układu podkorowego", przez co szansa na jego zanik jest znikoma u "ludzi przyszłości". Szczegółowych informacji o badaniach dr. Trimmera dostarcza najnowszy numer czasopisma Proceedings of the Royal Society B.

Teoretycznie każde dziecko może się nauczyć posługiwać dowolnie wybranym językiem. Dan Dediu i Robert Ladd z Uniwersytetu w Edynburgu odkryli jednak, że pewne geny ułatwiają naukę języków tonalnych, gdzie niebywałe znaczenie mają drobne różnice w intonacji. Naukowcy ci jako pierwsi opisali korelację między językiem a odmianami genów. Za pomocą analizy statystycznej Szkoci wykazali, że na obszarach, gdzie mówi się językami nietonalnymi, częściej występują 2 geny, które pojawiły się w toku ewolucji nieco później niż geny osób posługujących się językami tonalnymi, np. chińskim. Geny te odpowiadają za rozwój mózgu. Nazwano je ASPM i Microcephalin. Zróżnicowanie to pozostawało nadal widoczne po uwzględnieniu innych potencjalnie istotnych czynników, takich jak historia czy geografia. Według Bernarda Crespie'ego, biologa ewolucyjnego z Simon Fraser University w Burnaby, odkrycie naukowców z Edynburga otwiera nowe pola badawcze, wiążąc ewolucję języka z adaptacyjną ewolucją molekularną i funkcjonalną mózgu. Zważywszy na to, że geny ASPM i Microcephalin zawiadują rozwojem mózgu, Dedieu i Ladd zasugerowali, że skutkiem ich działania mogą być minimalne różnice w budowie kory mózgowej, w tym obszarów związanych z językiem. Skoro geny związane z językami nietonalnymi pojawiły się później, zaczęto się zastanawiać nad znaczeniem tego faktu w kategoriach selekcji i wynikających z niej korzyści. Dedieu i Lapp odcinają się od idei, że języki nietonalne miałyby być lepsze od tonalnych. Kultury obydwu grup językowych cechuje duży poziom zaawansowania, dlatego wysuwanie wniosków o wyższości którejkolwiek z nich byłoby wysoce nieuprawnione. Jedynym plusem przemawiającym na korzyść języków nietonalnych jest ich względna prostota. W dzieciństwie można się ich prawdopodobnie szybciej nauczyć, ale pomysły te należy jeszcze dogłębnie zbadać.

Granie na instrumentach wspomaga działanie mózgu oraz polepsza słyszenie wszystkich rodzajów dźwięków, w tym mowy. Doświadczenie muzyczne wydaje się pomagać w innych dziedzinach życia, przenosząc się na takie czynności, jak czytanie, wychwytywanie niuansów w tonie głosu czy lepsze słyszenie dźwięków w rozsadzanej hałasem klasie — wyjaśnia Nina Kraus, neurolog z Northwestern University. Według niej, opisane odkrycie uzasadnia zachowanie lekcji muzyki w szkolnym programie nauczania. Kiedy trzeba jakoś sprostać wymogom budżetu, jako pierwsze "obcina się" właśnie lekcje muzyki. A to duży błąd. W eksperymencie wzięło udział 20 dorosłych wolontariuszy. Oglądali wybrany przez siebie film. Największą popularnością cieszyły się ponoć obrazy Faceci w czerni, Iniemamocni oraz Medal dla miss. Połowa badanych przez co najmniej 6 lat uczyła się gry na jakimś instrumencie, a nauka rozpoczęła się, zanim skończyli 12 lat. Edukacja muzyczna pozostałych nie trwała dłużej niż 3 lata. Dla wszystkich językiem ojczystym był angielski, nigdy też nie uczyli się mandaryńskiego. Podczas seansu badani słyszeli w tle słowa pochodzące właśnie z mandaryńskiego. Brzmiały jak "mi" i miały głośność zwykłej rozmowy. Język mandaryński jest językiem tonalnym, można w nim wyróżnić 4 tony: wysoki (yīnpíng), wznoszący (yángpíng), opadająco-wznoszący (shǎngshēng) i opadający (qùshēng). W związku z tym jednakowo zapisywany wyraz może mieć kilka różnych znaczeń, w zależności od zastosowanego tonu. Mi w tonie wysokim oznacza "mrugać", "zezować", w tonie wznoszącym "zbijać z tropu", "dezorientować", a w tonie opadająco-wznoszącym "ryż". Przez cały czas monitorowano aktywność mózgu. Pomimo że uwaga wolontariuszy koncentrowała się na filmie, a dźwięki nie miały dla nich znaczenia językowego ani muzycznego, osoby dłużej grające na instrumencie osiągały lepsze wyniki w odróżnianiu od siebie 3 tonacji mandaryńskiego — opowiada Patrick Wong z Northwestern University. Zjawisko to występuje w mniejszym lub większym stopniu u zwykłych ludzi. Nie trzeba być wybitnym muzykiem, by umieć to robić. Zmiany zachodzące pod wpływem muzyki dokonywały się w pniu mózgu, który zawiaduje m.in. oddychaniem czy biciem serca. Zawsze sądzono, że jest ona domeną kory mózgowej, a pień uznawano za twór niezmienny i niezaangażowany w skomplikowane procesy konieczne do gry na instrumencie (Nature Neuroscience). Sądzimy, że muzyka uruchamia wyższe funkcje zlokalizowane w korze, które z kolei zmieniają pień mózgu. W dalszej kolejności Kraus chce znaleźć odpowiedzi na kolejne pytania: 1) w jakim wieku należy zacząć trening, 2) czy poprzez naukę muzyki można pomóc dzieciom z zaburzeniami czytania oraz pisania i wreszcie 3) ile lat trzeba mieć, by dało się zauważyć efekty.

Mogą być brakującymi ogniwami genetyki ludzkiej ewolucji. O czym mowa? O obszarach DNA, które zmieniły się drastycznie po oddzieleniu się naszego gatunku od szympansów, chociaż wcześniej były niemal takie same przez tysiące lat. Naukowcy z USA, Belgii oraz Francji zidentyfikowali 49 takich regionów (HAR — human accelerated regions), wykazujących dużą aktywność genetyczną. W najbardziej aktywnym HAR1 od czasów oddzielenia się ludzi od szympansów ok. 6 mln lat temu zmianie uległo 18 spośród 118 nukleotydów. Dla porównania warto dodać, że w ciągu 310 milionów lat, które upłynęły od rozdzielenia linii ewolucyjnych kur i szympansów, zmieniły się tylko 2 nukleotydy. Mamy bardzo sugestywne dane, że omawiane zjawisko może mieć swój udział w krytycznym etapie rozwoju mózgu, ale musimy udowodnić, że tak rzeczywiście jest — powiedział Reuterowi szef zespołu badawczego David Haussler z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. To bardzo podniecające, posługiwać się ewolucją, by przyjrzeć się rejonom naszego genomu, które nie były do tej pory eksplorowane — twierdzi Haussler. Jest skrajnie nieprawdopodobne, aby ewolucja tylko jednego obszaru genomu doprowadziła do powstania różnic pomiędzy mózgami ludzi i innych naczelnych. Bardziej prawdopodobne natomiast, że zaszło wiele małych zmian, a każda z nich była niezwykle istotna, lecz żadna w pojedynkę nie wywołała wszystkich widocznych efektów. HAR1 jest częścią HAR1F — genu nowego RNA, wytwarzanego podczas kluczowego dla formowania się ludzkiego mózgu okresu pomiędzy 7. a 19. tygodniem ciąży. RNA jest produkowane przez neurony Cajala-Retziusa, które odgrywają ważną rolę w szóstej warstwie komórek kory mózgowej. Teraz pozostało "tylko" rozszyfrować funkcje pozostałych 48 obszarów HAR. Wyniki badań międzynarodowego zespołu naukowców opublikowano w środę (16 sierpnia) na łamach pisma Nature.

Pomiar wzrostu mózgu u narodzonych przed terminem niemowląt, a zwłaszcza stosunku jego powierzchni do grubości kory, może pomóc w przewidywaniu ewentualnego opóźnienia rozwoju neurologicznego. David Edwards i jego koledzy z Imperial College London posłużyli się MRI (rezonansem magnetycznym), by zmierzyć wzrost mózgu pomiędzy 23. a 48. tygodniem ciąży u 113 skrajnych wcześniaków (urodzonych między 22. a 29. tygodniem ciąży). Sześćdziesięcioro troje zbadano po ok. 2 latach, by dokonać oceny ich rozwoju umysłowego. Naukowcy odkryli, że powierzchnia kory zwiększała się szybciej niż jej grubość. Im mniejszy stosunek wzrostu powierzchni do wzrostu objętości, tym realniejsze prawdopodobieństwo niedorozwoju umysłowego. Szanse na wolniejsze zwiększanie się powierzchni kory w stosunku do grubości "szły w górę", gdy dziecko było chłopcem, były też związane ze stopniem wcześniactwa. Odkrycie sugeruje, że normalne wzorce wzrostu mózgu podczas rozwoju, gdzie powierzchnia kory zwiększa się bardziej niż objętość, są u wcześniaków zakłócone. Stopień zakłócenia pozwala przewidzieć, czy rozwój w pierwszych 2 latach życia będzie opóźniony. Jeśli rezultaty zostaną potwierdzone w badaniach z udziałem większej liczby dzieci, monitorowanie wzrostu mózgu po narodzinach pomoże przewidzieć, czy dany maluch będzie w przyszłości potrzebował edukacyjnego wsparcia.