Znajdź zawartość

Przy wykonywaniu różnych zadań jedna półkula jest bardziej aktywna od drugiej. Czemu jednak zawdzięczamy zdolność rozwiązywania bardziej złożonych problemów, które wymagają łączenia danych z obu półkul? Badania na modelu ptasim pokazują, że zależy to od bodźców środowiskowych działających podczas rozwoju płodowego (Nature Communications). Dr Martina Manns i Juliane Römling Ruhr-Universität Bochum przeprowadzały eksperymenty z jajami gołębi. Płody tych ptaków przyjmują w jaju charakterystyczną pozycję, w wyniku czego jedno oko jest zwrócone w kierunku skorupki, a drugie pozostaje zakryte przez ciało. Oznacza to asymetryczną stymulację przez światło, co, oczywiście, wpływa na rozwój mózgu. Połowę jaj umieszczono w oświetlonym , a połowę w zupełnie ciemnym inkubatorze. Później oceniano stopień połączeń międzypółkulowych w obu grupach. Okazało się, że wśród ptaków inkubowanych w ciemności wymiana informacji była upośledzona. Jak to ustalono? Niemki posłużyły się nierównością A>B>C>D>E, w której wartości liczbowe zastąpiono kolorami. Wykorzystując jednostronną prezentację, sprawiały, że jedna półkula uczyła się relacji między parami A i B oraz B i C, a druga między C i D oraz D i E. Tylko jeden z elementów oznaczał nagrodę. Potem gołębie musiały się zmierzyć z problemami w rodzaju, jak się ma A do E. Potrafiły je rozwiązać wyłącznie ptaki inkubowane w świetle.

Ludzki mózg nie przestaje się rozwijać w okresie dojrzewania. Niektóre obwody mózgowe rozwijają się jeszcze w trzeciej dekadzie życia (Journal of Neuroscience). To pierwsze długoterminowe studium, […] które pokazało, że we wczesnej dorosłości substancja biała nadal przechodzi zmiany strukturalne. Istota biała tworzy w mózgu obwody; łączy różne obszary, by ułatwić przebieg procesów poznawczych. [Wygląda więc na to, że] połączenia wzmacniają się w miarę upływu wczesnej dorosłości – podkreśla Catherine Lebel, która w czasie badań była doktorantką na University of Alberta. Christian Beaulieu i Lebel przeprowadzili eksperyment na 103 zdrowych osobach w wieku od 5 do 32 lat. Kanadyjczycy wykorzystali rezonans magnetyczny. Każdy był skanowany co najmniej 2-krotnie. W sumie przeprowadzono 221 badań obrazowych. Okazało się, że w mózgach młodych dorosłych nadal rozwijały się połączenia w obrębie płata czołowego, które odpowiadają za uwagę, hamowanie i wyższe procesy poznawcze, np. myślenie abstrakcyjne czy autorefleksję. Naukowcy spekulują, że zjawisko to można wyjaśnić bogactwem doświadczeń w tym okresie: uzyskaniem niezależności, rozpoczęciem kariery zawodowej, nawiązaniem nowych relacji społecznych, w tym rodzinnych. Co ważne, oglądając zdjęcia, Kanadyjczycy stwierdzili, że substancja biała kilku szlaków nerwowych straciła u części osób na spójności, co wiąże się z degradacją mózgu. Wg Beaulieu i Lebel, zagadnienie to należy dogłębniej zbadać, by dokładniej określić związek między budową mózgu a zaburzeniami psychiatrycznymi, które zwykle rozwijają się właśnie w okresie dojrzewania i wczesnej dorosłości. […] Nasuwa to skojarzenie, że pewne włókna nerwowe zaczynają się degenerować za wcześnie […]. Może być też tak, że to tylko jeden z czynników zwiększających osobniczą podatność na rozwój tych zaburzeń - wyjaśnia Beaulieu.

Testy psychologiczne i badania obrazowe ujawniły, że mózgi pilotów myśliwców są wrażliwsze od mózgów osób o podobnym ilorazie inteligencji. Pozwala im to na dokładniejsze monitorowanie otoczenia i szybsze reagowanie (Journal of Neuroscience). W testach naukowców z Uniwersyteckiego College'u Londyńskiego uczestniczyło 11 pilotów RAF-u, którzy na co dzień latają na myśliwcach Panavia Tornado, oraz grupa kontrolna o dopasowanym IQ oraz wieku, ale bez doświadczenia w pilotażu. Wszyscy wykonywali dwa zadania oceniające kontrolę poznawczą, czyli zdolność organizowania aktywności umysłowej, traktowaną jako wskaźnik umiejętności szybkiego podejmowania decyzji. Każdy badany przechodził też obrazowanie tensora dyfuzji (ang. Diffusion tensor imaging, DTI). Miało ono ukazać budowę połączeń między regionami odpowiadającymi za kontrolę poznawczą. Ustalono, że u pilotów kontrola poznawcza była lepiej rozwinięta, co przejawiało się większą dokładnością, mimo że okazali się oni wrażliwsi na nieistotne, rozpraszające informacje. Poza tym DTI ujawniło międzygrupowe różnice w mikrostrukturze istoty białej w prawej półkuli mózgu. Byliśmy zainteresowani pilotami, ponieważ często działają oni na granicy ludzkiej wydolności poznawczej – są grupą ekspertów, jeśli chodzi o błyskawiczne podejmowanie precyzyjnych decyzji. Nasze odkrycia pokazują, że za optymalną kontrolą poznawczą stoją wzmocnione reakcje zarówno na istotne, jak i na nieistotne bodźce i że towarzyszą temu strukturalne zmiany w mózgu - opowiada prof. Masud Husain. Naukowiec tłumaczy, że najistotniejsze jest nie tyle wprowadzanie zwykłych rozróżnień między pilotami a resztą ludzkości, ale stwierdzenie, że z mistrzostwem w jakiejś dziedzinie wiążą się zmiany w połączeniach między obszarami mózgu. Nie chodzi o to, że kluczowe regiony są większe, ale że połączenia między nimi są inne. Czy ludzie rodzą się tacy, czy to wypracowują, obecnie nie wiadomo. Podczas eksperymentu przeprowadzanego na UCL oceniano wpływ rozpraszających informacji oraz zdolność do aktualizowania planu działania w obecności sprzecznych danych wzrokowych. W pierwszym zadaniu ochotnicy mieli naciskać prawą lub lewą strzałkę, reagując na kierunek strzałki na wprost nich, którą dla utrudnienia otaczały rozpraszające strzałki wycelowane w innych kierunkach. W drugim mieli reagować najszybciej, jak to tylko możliwe, na sygnał start, ale kazano im zmienić plan, zanim nawet zdążyli zadziałać. Wyniki pierwszego zadania pokazały, że piloci byli dokładniejsi od niepilotów, choć różnice w czasie reakcji nie były istotne statystycznie. W drugim zadaniu nie natrafiono na istotne różnice, co może sugerować, że biegłość w kontroli poznawczej wiąże się ze ścisłą specjalizacją i dotyczy konkretnych zadań, nie oznacza więc ogólnej poprawy wykonania.

Do tej pory często postulowano, że zaburzenia myślenia, percepcji i emocji u osób ze schizofrenią są skutkiem braku połączeń między obszarami zawiadującymi tymi funkcjami. Najnowsze badania naukowców z MIT i Harvardu wskazują jednak, że ważną rolę w procesach chorobowych odgrywają nadmierne połączenia pomiędzy tzw. domyślnymi regionami mózgu (ang. default brain regions), które kontrolują samopostrzeganie i uaktywniają się, gdy człowiek nie myśli o niczym szczególnym albo myśli o sobie. Jak wyjaśnia profesor John D. Gabrieli, zajmując się trudniejszymi zadaniami, ludzie zwykle hamują układ domyślny, ale pacjenci ze schizofrenią tego nie robią. Sądzimy, że odkrycie to może pomóc w wyjaśnieniu poznawczych i psychologicznych objawów tej choroby. Schizofrenia jest w dużej mierze determinowana genetycznie, przez co krewni pierwszego stopnia, którzy dzielą z pacjentem połowę genów, są narażeni na zachorowanie w 10-krotnie większym stopniu niż przedstawiciele populacji generalnej. Naukowcy badali 3 równoliczne (13-osobowe) grupy: 1) kontrolną, 2) schizofreników oraz 3) zdrowych krewnych pierwszego stopnia. Neurolodzy wybrali pacjentów, u których chorobę zdiagnozowano niedawno. W ten sposób zniwelowano wpływ wcześniejszych epizodów psychozy oraz zastosowanych metod leczenia. Wszyscy ochotnicy byli badani funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI). Leżąc w maszynie, wykonywali łatwe i trudne zadania pamięciowe. Szczególną uwagę zwracano na aktywność domyślnych regionów mózgu, a więc przyśrodkowej kory przedczołowej (ang. medial prefrontal cortex, mPFC) i tylnego zakrętu obręczy/przedklinka. Wiążą się one nie tylko z myśleniem o sobie, ale i z pamięcią autobiograficzną. Kiedy człowiekowi pozostawia się swobodę myślenia o czymkolwiek, uruchamiają się łącznie i synchronizują swoje działanie. Susan Whitfield-Gabrieli, która analizowała dane, zaznacza, że u osób ze schizofrenią układ domyślny był podczas odpoczynku zarówno nadpobudliwy, jak i nadmiernie połączony. To samo można było zaobserwować podczas wykonywania zadań pamięciowych. Im mniejsza zdolność hamowania układu domyślnego i silniejsze połączenia między regionami, tym gorsze wyniki testu i poważniejsze objawy kliniczne. Specjaliści uważają, że w ten właśnie sposób manifestuje się niezdolność schizofreników do przekierowania zasobów myślowych z kwestii osobistych, wewnętrznych na świat zewnętrzny, a to konieczne do wykonywania trudnych zadań. Nadaktywność układu domyślnego wyjaśnia omamy czy paranoję. Gdy u pacjenta działa obszar oznaczający w normalnych warunkach koncentrację na sobie, to gdy usłyszy on w telewizji czy w radio jakąś wiadomość, odniesie ją właśnie do siebie i stwierdzi, że spiker mówi do niego, a nie do wszystkich odbiorców. U krewnych pierwszego stopnia również stwierdzono podwyższoną aktywność układu domyślnego.

Naukowcy z amerykańskich i hiszpańskich uczelni odkryli w mózgu system stojący za ogólną inteligencją. To ważny wkład w dyskusję na temat definiowania i pomiaru inteligencji. Wyniki badań specjalistów z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech), Univeristy of Iowa, Uniwersytetu Południowej Kalifornii oraz Universidad Autónoma de Madrid zostały opublikowane w piśmie Proceedings of the National Academy of Sciences. Pracami zespołu kierował Jan Gläscher. Wspólnie akademicy analizowali dane 241 pacjentów z uszkodzeniami mózgu, którzy brali udział w testach na inteligencję. Miejsce uszkodzenia dokładnie oznaczono i skorelowano z ilorazem inteligencji. W ten sposób można było sporządzić mapę rejonów wpływających na inteligencję. Inteligencja ogólna, często odnoszona do czynnika g Charlesa Spearmana [ogólnej zdolności intelektualnej w jego dwuczynnikowej teorii inteligencji], to bardzo kontrowersyjny koncept, ale idea leżąca u jej podstawy jest bezdyskusyjna: przeważnie wyniki osiągane przez ludzi w wielu różnych testach są ze sobą skorelowane. Niektórzy osiągają generalnie wysokie wyniki, inni generalnie niskie. Stąd następne oczywiste pytanie – czy ta ogólna zdolność może zależeć od specyficznych obszarów mózgu? – dywaguje profesor Ralph Adolphs. Amerykanie i Hiszpanie stwierdzili, że nie rezyduje ona w pojedynczej strukturze, ale jest określana przez sieć regionów z obu półkul. Ku naszemu zaskoczeniu, jednym z głównych odkryć było, że mamy do czynienia z rozproszonym systemem. Najważniejsze dla inteligencji ogólnej okazały się liczne obszary oraz połączenia między nimi – tłumaczy Gläscher. Jak dodaje Adolphs, mogło się okazać, że inteligencja w ogóle nie zależy od specyficznych rejonów mózgu, ale od sposobu jego działania jako całości. Tak się jednak nie stało i potwierdziła się raczej przyjmowana obecnie teoria integracji ciemieniowo-czołowej, która głosi, że inteligencja ogólna zależy od zdolności mózgu do integrowania różnych rodzajów przetwarzania informacji, np. w ramach pamięci roboczej.

Mózgi dzieci z ADHD dojrzewają wolniej od mózgów rówieśników – twierdzą amerykańscy naukowcy z Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego (NIMH). Badacze przyjrzeli się 450 dzieci (u 223 zdiagnozowano nadpobudliwość psychoruchową z deficytem uwagi). U dzieci z zaburzeniem stwierdzono średnio 3-letnie opóźnienie dojrzewania kory (Proceedings of the National Academy of Sciences). Neurolodzy sprawdzali, kiedy i w którym miejscu kora osiąga szczytową grubość, uznawaną za oznakę dojrzałości. Wśród dzieci z ADHD połowa z 40 tysięcy badanych punktów osiągała maksymalną grubość w wieku 10,5 lat, w porównaniu do 7,5 w grupie kontrolnej. Mimo zaobserwowanego opóźnienia, mózg rozwijał się jednak według identycznego jak u zdrowych osób schematu. To dlatego wielu ludzi wyrasta z ADHD. W zaplanowanych na przyszłość eksperymentach należy sprawdzić, co jest przyczyną opóźnienia i jak poprawiać wyniki terapii. Niestety, nie oznacza to, że po wyrównaniu niedoborów mózg dzieci z nadpobudliwością nadgoni stracony czas. Na późniejszych etapach rozwoju grubość kory ulega zmniejszeniu. Dzieje się tak w wyniku tzw. przycinania (redukowania) połączeń nerwowych, podczas którego mózg dopracowuje system połączeń synaptycznych i staje się bardziej zorganizowany – wyjaśnia dr David Coghill z Uniwersytetu w Dundee. Synaptogeneza (polegająca na tworzeniu się ogromnej liczby połączeń między neuronami) rozpoczyna się w dzieciństwie i osiąga szczyt w okresie dojrzewania. Zwiększenie się objętości kory mózgowej jest skutkiem właśnie tego procesu. Pod koniec etapu dorastania połączenia te są przecinane. Niektórzy eksperci porównują to do nadawania drzewu przez ogrodnika odpowiedniego kształtu. Gdy mózg młodzieży z ADHD nadal rośnie, mózgi nastolatków bez zaburzenia rozpoczynają przycinanie. To dlatego nadpobudliwe jednostki pozostają w tyle za rówieśnikami, jeśli chodzi o szereg zdolności. Gorzej działa pamięć, kontrola impulsów czy planowanie.

Naukowcy z University of Leicester chcą lepiej zrozumieć, jak działa ludzki mózg, studiując budowę mózgu ślimaka. Badacze mają zamiar prześledzić rozwój układu nerwowego i procesy kontrolujące pourazową regenerację neuronów. Szefem projektu jest dr Volko Straub. Gazowy tlenek azotu (NO) to zarazem wróg i sprzymierzeniec. Może być wysoce toksyczny i zabójczy, ale znajduje się go również w mózgu, gdzie neurony wykorzystują go w procesie komunikowania się. Jest trucizną oraz substancją sygnałową (neuroprzekaźnikiem). Podczas rozwoju mózgu tlenek azotu wspiera wzrost komórek nerwowych i tworzenie się nowych połączeń między neuronami. Uczenie się także uruchamia proces formowania synaps i często wymaga obecności tlenku azotu. Naukowcy wiedzą niewiele ponad to, że tlenek jest istotny dla powodzenia procesu tworzenia połączeń neuronalnych. Trzeba między innymi sprecyzować mechanizm zaobserwowanego zjawiska. Badanie tego procesu u zwierząt wyższych jest trudne ze względu na stopień złożności układu nerwowego. Na szczęście ewolucja była bardzo konserwatywna. Zdecydowaliśmy się więc na analizę układu nerwowego pospolitego ślimaka wodnego [błotniarki stawowej — przyp. red.]. U ślimaka pojedynczy neuron jest stosunkowo duży, łatwy do wyodrębnienia i podatny na eksperymentalne manipulacje. Można go wyizolować z układu nerwowego i stworzyć hodowlę komórkową, gdzie dochodzi do wzrostu i utworzenia funkcjonalnych połączeń. Co ważne, podstawowe procesy oraz czynniki kontrolujące wzrost neuronów i formowanie połączeń są wspólne dla wielu zwierząt.