Anna Mateja: Dlaczego informatyk zajął się badaniem mózgu?
Włodzisław Duch: Bo takie połączenie jest inspirujące, po prostu. Ono wydaje się egzotyczne jedynie wówczas, gdy traktuje się informatykę jak dziedzinę, w której przede wszystkim testuje się algorytmy. Tymczasem przygotowanie fizyka teoretycznego, bo to jest moje pierwsze wykształcenie, okazało się nieodzowne, gdy konieczne było np. modelowe przedstawianie obserwowanych w mózgu zjawisk czy procesów. Zrozumienie mechanizmów działania mózgu wymaga bowiem czegoś więcej niż tego, co mogą dać metody poznawcze genetyki czy neurofizjologii.
Z zespołem badawczym nie ograniczamy się zresztą do tworzenia teorii. Sprawdzamy je eksperymentalnie, ponieważ w laboratorium korzystamy z różnych technik obserwacji, w tym funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, który pozwala podglądać działalność mózgu podczas konkretnych czynności myślowych.
Przypomnę niezorientowanym, że jest to jedna z nieinwazyjnych metod obrazowania mózgu, która bazuje na ustaleniu, że praca tego organu opiera się na serii wyładowań elektrycznych. Tam gdzie jest ich dużo, wzrasta zapotrzebowanie na tlen i glukozę, więc krew musi przepływać przez ten obszar mózgu szybciej. Ponieważ atomy, z których zbudowane są komórki tkanek, mają właściwości magnetyczne (co też ważne: krew transportująca tlen ma inne właściwości niż go pozbawiona), metoda fMRI rejestruje aktywność komórek nerwowych, wykrywając różne natężenie tlenu we krwi i prędkość jej przepływu. Energię emitowaną przez komórki odbiera komputer, który ją analizuje i przetwarza na obraz. W badaniach medycznych funkcjonalny rezonans magnetyczny, ponieważ pozwala odróżnić zdrowe komórki od zmienionych chorobą, daje możliwość oceny rodzaju nowotworu, diagnozy stwardnienia rozsianego i choroby Alzheimera, badania bólu fantomowego u osób po amputacji.
W naszym laboratorium badamy pamięć roboczą – czyli krótkotrwałą – u niemowląt. Sprawdzamy, czy odpowiednio stymulowany mózg kilkumiesięcznego dziecka potrafi automatycznie utrwalić zdolność do rozróżniania dźwięków mowy, które nie przynależą do mowy ojczystej.
Proszę pokazać na przykładzie, dlaczego to jest istotne.
Weźmy spółgłoski „r” i „l”. W językach europejskich są wyraźnie odmienne, w języku japońskim – nierozróżnialne. Japończycy nie słyszą tych głosek, ponieważ w ich mózgach nie powstały grupy neuronów odpowiedzialne za ich rozróżnianie. Lektor czy rektor? Słyszą to samo. Rzecz jasna, i bez wyłapywania wszystkich fonetycznych niuansów można nieźle nauczyć się języka obcego. Mamy nawet znanych ludzi, którzy zrobili karierę mimo fatalnej wymowy, choćby Zbigniew Brzeziński, który języka angielskiego zaczął się uczyć jako kilkulatek. Brak tej umiejętności utrudnia jednak naukę poprawnej wymowy – bo kiedy źle się słyszy, to i niepoprawnie wymawia, a w efekcie trudno o właściwe zrozumienie.
Każda grupa językowa natyka się na takie pułapki, np. Hiszpanie nie rozróżniają „w” od „b”, Polacy nie słyszą angielskiego „th”, a wszyscy Europejczycy są głusi na tonalności obecne w języku chińskim.
Kiedy rozstrzyga się nabywanie tej umiejętności?
Między ósmym a dziesiątym miesiącem życia w mózgu utrwala się język ojczysty. Zanika natomiast zdolność rozróżniania obcych kontrastów fonetycznych.
W psychologii powszechnie akceptuje się dzisiaj tezę, że jeśli chcemy nauczyć dziecko np. języka chińskiego, nie wystarczy zapewnić mu oglądania Ulicy Sezamkowej w tym języku. Trzeba jeszcze zatrudnić opiekunkę z Chin, bo dzięki rozmowom z nią dziecko zacznie słyszeć chińskie niuanse w wymowie. Samo bierne słuchanie nie uruchomi tego obszaru w korze mózgowej (to głównie lewa półkula), który reaguje na specyficzne fonemy, czyli najmniejsze elementy języka mówionego. Wiedza, którą pozyskaliśmy podczas wieloletniego przeprowadzania eksperymentów, mogłaby zostać wykorzystana, np. do opracowania technologii produkcji interaktywnych zabawek językowych przeznaczonych dla niemowląt. Dzieci w tym wieku uczą się języków obcych niemal naturalnie, bo słyszą wszystkie niuanse. Rozmawiałem o tym nawet z kilkoma firmami, ale bez sukcesu. Odpisała mi jedna z Teksasu, odwołując się do badań, że na rynku nie ma miejsca na nowe zabawki elektroniczne…
A jest miejsce na porozumienie, które wynika przecież ze zrozumienia?
Wbrew temu, co obserwuję w polityce polskiej czy amerykańskiej, wciąż wierzę, że tak. Rozmawiając o plastyczności ludzkiego mózgu, nie od rzeczy będzie zauważyć, że rewolucyjność odkrycia nie przesądza automatycznie o jego docenieniu. W tym konkretnym przypadku nie chodzi przecież o kolejną zabawkę elektroniczną, ale nową gałąź przemysłu – interaktywne zabawki, pomagające w rozwoju umiejętności językowych dziecka.
Na tym zresztą nie koniec. Dzięki teoriom neurokognitywnym, które można weryfikować eksperymentalnie, korzystając z takich metod jak rezonans magnetyczny czy tomografia komputerowa, naukowcy przewidują głęboką zmianę np. w metodach leczenia bólu czy chorób psychicznych. To obecnie temat z dużym potencjałem – jak np. leczyć ból bez udziału farmakologii, opierając się na możliwościach, które daje obserwacja mózgu i wpływania na jego stan.
Dlaczego to, co wyjątkowe, są w stanie zauważyć tylko niektórzy? Przed momentem mówił Pan, że nie poznano się na Pana badaniach dotyczących możliwości nauki języków u dzieci. Niebo przed Kopernikiem czy Keplerem obserwowały dziesiątki ludzi, ale nie potrafili zobaczyć tego co oni. Powszechne prawo wyborcze dopiero od kilku dekad przyjmuje się za rzecz oczywistą.
Ujmując rzecz najbardziej lapidarnie: ludziom trudno jest przyjąć inny obraz świata niż ten, który głęboko tkwi w ich głowach, bo w nim wyrośli. To jest dobre pytanie, szczególnie jeśli odpowiedzieć na nie, powołując się np. na Mikołaja Kopernika. Dzisiaj mówimy, mając na myśli jego heliocentryczną teorię budowy Układu Słonecznego, że był to przełom dokonany przez wybitnego naukowca. On sam podchodził do swoich ustaleń sceptycznie, szczególnie kiedy obliczenia wskazały, że środkiem wszechświata wcale nie jest Słońce – reprezentacja Boga, tylko zimna pustka obok naszej gwiazdy. Miał prawo przypuszczać, że boskie dzieło popsuł jakiś demon, po co więc wyniki badań ogłaszać światu?
Wspomniany Johannes Kepler grubo ponad 100 lat po Koperniku jako pierwszy ogłosił, że wedle obliczeń matematycznych planety poruszają się po elipsach, nie po okręgach. Ale konkluzja nie przyszła mu bez wahań – raz obstawał więc przy elipsach, innym razem wycofywał się z tego twierdzenia. Kiedy zaczęto mierzyć odległość gwiazd od Ziemi, szokiem, np. dla teologów, okazał się ogrom wszechświata. Wedle nich to nie miało żadnego uzasadnienia w boskim planie stworzenia – wystarczy, że wiemy, gdzie są ludzie, gdzie niebo, gdzie piekło. Na co komu dwa tryliony galaktyk albo świadomość rozszerzania się wszechświata? By nawiązać do czasów bardziej współczesnych: w historii Doliny Krzemowej też nie brakuje pomysłów, które dziś wydają się nam oczywiste, a dwie czy trzy dekady temu zostały odrzucone. Nim jeszcze pojawił się komputer Apple’a, firma Xerox odrzuciła prototyp komputera z myszką i grafiką opracowany przez jej kalifornijski oddział. Rada nadzorcza Xeroxa orzekła, że ważniejsze są kopiarki… Kto będzie chciał używać domowego komputera?
W historii nie brakuje przykładów ludzi, którzy nie potrafili dostrzec, że tworzy się nowy świat i pojawiają nieznane dotąd możliwości. Jeśli jednak wniknąć dostatecznie głęboko w realia czasów, kiedy powstawały określone idee, zaczynamy lepiej rozumieć sposób myślenia ich twórców.
W jaki sposób ta wiedza zmieniła ludzki mózg?
Odpowiem nie wprost. W 1984 r. napisałem pracę Mindspace jako rozwiązanie podstawowych problemów nauk o poznaniu, w której twierdziłem, że ludzki umysł możemy zrozumieć, łącząc opis doświadczenia wewnętrznego z tym, co się dzieje w mózgu. Wysłałem ją do Briana Josephsona – laureata Nagrody Nobla z fizyki. W jego recenzji przeczytałem, że moja praca jest właściwie ciekawa, ale on wolałby się dowiedzieć, jak to się dzieje, że pojawiają się tacy ludzie jak Srinivasa Aiyangar Ramanujan – pochodzący z wioski spod Madrasu matematyczny geniusz, który żył na przełomie XIX i XX w. Kilka lat spędził w Cambridge, gdzie dał się poznać jako twórca ciekawych twierdzeń na temat liczb pierwszych czy ułamków skończonych. Jego hipotezy nie zawsze okazywały się prawdziwe, bywały trudne do udowodnienia, ale były inspirujące i nowatorskie. Nikt wcześniej tak nie myślał. Jak to się dzieje, że pojawia się taki umysł? I to w biednej rodzinie, na indyjskiej prowincji, w kulturze, która nie zna europejskiej matematyki?
Tego nie wyjaśni żadna teoria. Wyjątkowości mózgu nie wykaże też badanie neuroobrazowe. Kluczem jest poznanie środowiska i wychowania, które w połączeniu z przyrodzonymi zdolnościami intelektualnymi uruchomiły tak odmienny sposób myślenia. W przypadku Ramanujana przełomowe okazało się to, że nie uczył się matematyki tradycyjnie, żmudnie przeprowadzając dowody. Ale, odwołując się do tego, co już w matematyce zastał, dał się prowadzić intuicji, która pozwalała mu stawiać twierdzenia dla innych niezauważalne albo niemożliwe.
Skoro Ramanujan potrafił samodzielnie dojść do zasad rządzących matematyką, dlaczego homo sapiens, co do zasady, wydaje się raczej zachowawczy w poglądach i nie wykorzystuje w pełni możliwości, jakie mu daje plastyczność jego mózgu?
To pytanie o granicę między stabilnością a plastycznością mózgu, które można wyjaśnić, schodząc na poziom neuronu, czyli komórki nerwowej zdolnej do przetwarzania i przewodzenia informacji w postaci impulsu elektrycznego. Czy ma on reagować tak samo aktywnie na każdy impuls? Jeśli wszystkie miałyby być jednakowo ważne, ryzykujemy wywołanie niestabilności w sieci. W efekcie – utratę wcześniej nabytej wiedzy. A przecież chcielibyśmy mieć trwałą pamięć, która odbija świat takim, jaki jest. Potrzebny jest więc kompromis między stabilnością i plastycznością.
Ewolucja doprowadziła do wykształcenia się w mózgu dwóch systemów pamięci. Jeden utrwala informacje szybko, ale nie na długo. Drugi opiera się na powolnym uczeniu, które zmienia strukturę mózgu na poziomie połączeń między jego obszarami. Obraz świata, który wielu przedstawicieli homo sapiens utrzymuje, nie poddając go zasadniczym zmianom, to więc wynik tego, jak ukształtował się ewolucyjnie nasz mózg. A konkretnie: ta jego część, nazwana hipokampem, która znajduje się głęboko pod płatem skroniowym kory mózgowej i jest odpowiedzialna za szybkie zapamiętywanie zdarzeń. Hipokamp zapamiętuje bowiem stan mózgu w momencie przeżywanego epizodu, a następnie pomaga w konsolidacji pamięci krótkotrwałej, przekształcając ją w trwałą. Proces trwa długo (sen odgrywa w tym układaniu się przyswojonych informacji niebagatelną rolę), więc w codziennym życiu, także pod wpływem bombardujących nas emocji, nasz mózg w ocenie sytuacji odwołuje się do tego, co ma „pod ręką”, czyli w hipokampie. Emocje działają zresztą jak filtr wobec informacji, które człowiek ma sobie przyswoić, bo regulują neuroplastyczność, czyli wpływają na to, jak chętnie te informacje przyswaja i jak one, w konsekwencji, utrwalają się w mózgu.
Nowe fakty, nim się utrwalą, przechodząc z hipokampu do różnych rejonów kory mózgowej, niepoparte odpowiednimi emocjami nie mają szans zmienić tego obrazu świata, który człowiek sobie stworzył.
Kompromis między stabilnością i plastycznością konieczny jest na wielu poziomach, w tym interakcji z ludźmi. Staramy się przecież utrzymać stabilny obraz świata. Czy zawsze weryfikujemy obraz danej osoby, pozyskując nowe o niej informacje, nieraz diametralnie zmieniające naszą o niej wiedzę? Gdyby tak było, różnice np. między ludźmi z nadzieją przyjmującymi zmiany a tymi, którzy woleliby wyhamować nieco bieg historii, nie stawałyby się przepaścią. Na co zdawałyby się fantazje, że kiedyś było lepiej, skoro np. twarde dane statystyczne, dotyczące długości czy standardu życia, temu przeczą?
Dlaczego nasz mózg jest taki oporny?
Bo jest leniwy, jak przyroda w ogóle. Mózg zużywa 20% naszej energii, więc musi być oszczędny wie i wybiera proste rozwiązania, nawet jeśli są złe. Ludziom to wystarcza, tym bardziej że zmęczony mózg bezpośrednio po podjęciu decyzji odmawia dalszych dociekań, które mogłyby zmienić jego konkluzje. Myślenie oznacza bowiem większe zużycie energii przez neurony. Ludzie trzymają się więc raz podjętej decyzji, nawet jeśli wynika ona z myślenia oderwanego od rzeczywistości. W kółko widzimy to chociażby w polityce.
I dlatego wyborcy uwierzyli Donaldowi Trumpowi, który obiecywał, że „uczyni Amerykę na powrót wielką”?
Albert Einstein mówił podobno, że każda rzecz ma proste wyjaśnienie. I jest ono błędne. Jeżeli popatrzymy, jak skomplikowane są procesy składające się na dobrobyt danego państwa, a jak proste recepty przedstawiają niektórzy politycy, trudno się z tym twierdzeniem nie zgodzić. Przecież zwolennicy wyjścia Wielkiej Brytanii z Unii Europejskiej raczej nie czytali 500-stronicowego traktatu określającego warunki Brexitu, uważając, że nie jest im to do niczego potrzebne, bo przecież mają rację… To tylko dwa z licznych obecnie przykładów arogancji ignorancji, która powstaje ze sprawą wypowiedzi osób z niewielką wiedzą, ale stanowczymi poglądami.
Skoro znaleźliśmy się w…
