Anna Mateja: „Inaczej mózg nie zapamięta” – tłumaczy Grzegorz Galasiński, opowiadając o żmudnych, wykonywanych codziennie ćwiczeniach mięśni przeszczepionej twarzy. Transplantacja, przeprowadzona jako jedna z pierwszych na świecie w 2013 r. przez zespół chirurgów z Centrum Onkologii w Gliwicach, uratowała mu życie. Ale od tamtej pory uczy się mrużenia powiekami, przymykania ust, wyrażania emocji przez mimikę i szeregu innych czynności. W jaki sposób mózg potrafi się nauczyć zawiadywania obcym ciałem – przeszczepioną masą mięśni i chrząstek?
Marcin Szwed: Dokładnie tak samo jak czynności dużo mniej skomplikowanych, kiedy jemy nożem i widelcem, wykonujemy manewry kierownicą samochodu albo korzystamy ze smartfonu. Metoda jest jedna: powtarzanie, powtarzanie, powtarzanie… I dostatecznie silna motywacja, która nie pozwoli zrezygnować z treningów. W pewnym momencie wytworzą się połączenia nerwowe, dzięki czemu określone rejony mózgu przestawią się na wykonywanie nowej czynności. Ta metoda działa zarówno wtedy, gdy, praktykując jogę, uczymy mięśnie nowej dla nich pracy, jak podczas nauki języka obcego. A także gdy prowadzimy terapię osób po afazji, rehabilitację dzieci z porażeniem mózgowym albo zmieniamy nawyki dysgrafików czy dyslektyków.
Możliwości plastyczne ludzkiego mózgu są ograniczone, ale jest w tym sens. Jego działanie opiera się bowiem na równowadze między pamięcią i związaną z tym stałością a możliwością ciągłego uczenia się nowych umiejętności. Gdyby mózg był zupełnie plastyczny, pacjent opanowałby czynności przeszczepionej twarzy w kilka godzin, ale wystarczyłoby, żeby zasnął, a po wybudzeniu nie pamiętałby nic z wyuczonej pracy mięśni. Nasze życie z takim mózgiem stałoby się niebezpiecznym chaosem. Nie lepiej byłoby wówczas, gdyby funkcjonował on – niczym u pszczoły czy muszki owocowej – wedle reguł, które poddają się zmianom bardzo opornie.
Badania, które Pan przeprowadził wraz z zespołem z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie pozwoliły udowodnić, że u osób widzących i niewidomych od urodzenia, które posługują się alfabetem Braille’a, ten sam obszar mózgu łączy litery w słowa, umożliwiając czytanie.
Co kluczowe – ten obszar u obu grup jest położony we wzrokowej części kory mózgowej.
Jak to wyjaśniliście?
Część wzrokowa kory mózgowej nauczyła się czytać brajlem, mimo że, przynajmniej w założeniu, powinna to była wziąć na siebie jej część dotykowa. Eksperyment pokazał nam, że mózg jest bardziej plastyczny, niż to naukowcy wcześniej zakładali. Do kanonu wiedzy o mózgu należy bowiem podział na obszary przydzielone poszczególnym zmysłom: wzroku, słuchu, dotyku, smaku, powonienia. I jest on w zasadzie trafny, tyle że dzisiaj o mechanizmach działania poszczególnych obszarów kory mózgowej możemy powiedzieć nieporównanie więcej, niż kiedy ten podział zaproponowano. Co się zmienia na poziomie obszarów mózgu, skoro potrafimy nabywać nowe umiejętności, używając niestandardowych zmysłów? Bo tak dzieje się, gdy osoby widzące zaczynają czytać dotykiem, a osoby głuche uczą się wyczuwania rytmu przez wzrok (to druga część naszych badań), mimo że jedynym zmysłem, który pozwala go odbierać, wydaje się słuch.
Nasze badania pokazują, że nie ma znaczenia, czy podczas czytania uruchamiamy wzrok czy dotyk. I tak bodźce trafiają do wzrokowej części kory mózgowej – dużego i wyspecjalizowanego obszaru w naszym mózgu, który najlepiej radzi sobie z łączeniem wielu drobnych bodźców składających się na proces czytania. Podobną zależność zaobserwowaliśmy w serii badań nad postrzeganiem rytmu przez osoby głuche. System mrugających świateł (w taki sposób m.in. sygnalizowaliśmy im rytm) uruchamia dokładnie ten sam rejon kory słuchowej, który uaktywnia się pod wpływem dźwięków u osób słyszących.
Obszary kory mózgowej, odpowiedzialne za wzrok czy słuch, potrafią się przestawić na odbiór informacji z innych zmysłów.
Idea sprawdzenia, czy można wyczuć rytm wzrokiem, wydaje się tak dziwna, że trudno nie zapytać, jak wpada się na tego rodzaju pomysły.
Przez przypadek. Byłem na stażu podoktorskim w Instytucie Mózgu i Rdzenia Kręgowego Szpitala Salpêtrière w Paryżu, gdzie zajmowałem się mechanizmami „normalnego” czytania. Przez wspólnych znajomych poznałem prof. Amira Amediego z Uniwersytetu Hebrajskiego, który posiadał dane na temat czytania dotykowego niewidomych. Tyle że nie poddał ich żadnej analizie. Kiedy poznaliśmy się bliżej, usiedliśmy nad tym materiałem i wyszło nam, że – jak była o tym mowa wyżej – u osób niewidomych za czytanie dotykowe, o dziwo, odpowiada kora wzrokowa. Nie mogliśmy jednak generalizować tych ustaleń na ogół ludzkiej populacji, bo mózg osób niewidomych jest inny od osób widzących. Wbrew temu, co można by sądzić, kora wzrokowa nie leży u nich odłogiem, ale się przekwalifikowuje, wspierając np. pamięć (dlatego niewidomi często mają dobrą pamięć językową).
Kiedyś użył Pan wyrażenia: „Jest zapędzana do roboty”.
Nie może być inaczej, bo mózg, choć stanowi średnio 2% masy ciała człowieka, pochłania 20% wytwarzanej przez nie energii. Kora mózgowa jest więc bardzo kosztowna!
Sprawdzenie hipotezy było możliwe tylko pod warunkiem przeprowadzenia badań na odpowiednio licznej grupie osób widzących, które czytały brajlem. Wtedy wydawało mi się, że to nic trudnego – po prostu zaproszę do badania nauczycieli i opiekunów ze szkół dla niewidomych. Tymczasem… „Jak to? Nauczyciele czytają brajlem wyłącznie wzrokowo. Poza tym brajl jest nie do opanowania przez osoby widzące”. Badania uratowały dwie osoby: dr Małgorzata Paplińska z Akademii Pedagogiki Specjalnej w Warszawie i Ewa Sumera, nauczycielka ze Specjalnego Ośrodka Szkolno-Wychowawczego dla Dzieci Niewidomych i Słabowidzących w Krakowie. Opracowały autorski program nauki alfabetu Braille’a dla dorosłych osób widzą cych, który rozpoczynał się od ćwiczeń dotykowo-ruchowych. Potem dopiero pojawiały się litery i kolejne składowe języka.
Małgorzata i Ewa nie zapraszały do nauki brajla ciekawskich entuzjastów, ale osoby zmotywowane: studentów pedagogiki specjalnej, nauczycieli ze szkół dla niewidomych, rodziny takich osób. I to też zaprocentowało, bo naukę zakończyło aż 29 osób z 34, które ją rozpoczęły. Dzisiaj mamy już grupę blisko 60 osób widzących, które czytają brajlem. Wracamy do nich z kolejnymi pomysłami badawczymi, m.in. planujemy nauczyć ich czytania liczb i wykonywania prostych operacji matematycznych. Zastanawiamy się, czy reprezentacja liczby, którą mamy w głowie, jest stricte wzrokowa, czy ma także wymiar abstrakcyjny? Co się stanie, gdy do kory mózgowej zaczną docierać informacje z równoległego systemu przetwarzania wartości liczbowych ? Jak to wpłynie na umiejętność wykonywania operacji rachunkowych? Jest o co pytać.
Jak zadać w nauce pytanie właściwe – takie, które nie jest ani banalne, ani za trudne i jeszcze pojawia się w odpowiednim momencie, pozwalając dowiedzieć się czegoś nowego?
Nie podam recepty, z każdym jest inaczej. W 2010 r. brazylijska uczona Suzana Herculano-Houzel zaproponowała tzw. frakcjonację izotropową dla precyzyjnego ustalenia liczby komórek nerwowych i glejowych w mózgu. Wpadła na pomysł, żeby zamiast mozolnie liczyć komórki pod mikroskopem, po prostu zmiksować mózg, a potem przepuścić przez prosty cyklometr. Taki, który jest używany w każdym laboratorium medycznym w badaniu krwi dla ustalenia liczby krwinek. Za sprawą tej prostej metody Herculano-Houzel wykazała, że mózg człowieka ma 86 mld wspomnianych komórek, a nie 100 mld, jak powszechnie twierdzono. Obaliła też przy okazji parę innych „komunałów”. Okazało się np., że Homo sapiens wcale nie ma tych komórek najwięcej (słoń ma 257 mld komórek nerwowych i glejowych). Wyróżnia nas jednak liczba neuronów w samej korze mózgowej – tych istotnie mamy najwięcej. Parę osób zachęcało ją do tych badań, ale środowisko generalnie uważało, że to strata czasu. Zapał i chęć postawienia na swoim sprawiły, że nie zaniechała badań.
Moja historia dochodzenia do najciekawszych pytań raczej nie układa się w spójną opowieść, a zjawisko plastyczności mózgu pojawiło się dopiero na pewnym etapie mojej drogi naukowej. To nie jest tak, że jako dziecko zajmowałem się fizjologią dotyku, bo np. mój dziadek czytał brajlem…
Obaj dziadkowie byli chemikami. Ich dyplomy wiszą na ścianie Pana pracowni, rozdzielone Pana dyplomem doktorskim z Instytutu Weizmanna w Izraelu. Jeden z nich, Jerzy Kudliński, pracował przy recepturze majonezu kieleckiego. Przy wyborze własnej drogi naukowej kierowałem się jednak wskazówkami jednego z moich nauczycieli z Instytutu Weizmanna, prof. Rafaela Malacha. Radził, by zajmować się tym, co człowieka pasjonuje. I to się sprawdziło – badania nad plastycznością mózgu od początku bardzo mi się podobały, świetny był też ich odbiór. Gdy starałem się we Francji o stałą posadę, niemal na każdej rozmowie rekrutacyjnej zachęcano mnie, żebym opowiedział więcej o „badaniach nad brajlem, bo są fascynujące”. Druga rada Rafiego Malacha brzmiała: pracować z fajnymi ludźmi, aktywnie ich szukać. I miałem szczęście na takich trafiać. To promotor mojego doktoratu prof. Ehud Ahissar i środowisko Instytutu Weizmanna. A także: prof. Stanislas Dehaene z Collège de France i prof. Laurent Cohen, neurolog z Instytutu Mózgu i Rdzenia Kręgowego…
