„Naukowcy rozwiązali zagadkę myślenia”? Na razie niestety jeszcze nie do końca, ale proces jest w toku. Chciałbym oczywiście kiedyś napisać notkę popularnonaukową o takim tytule, ale raczej nie będziemy żyć. Istniała nawet pokusa, aby tak z góry nazwać ten artykuł - ręka poszła sama. Ale wciąż się powstrzymywaliśmy, ponieważ nie tak się robi w neurobiologii. Wszystko dzieje się tutaj stopniowo. Prace naukowe ostatniego miesiąca to tylko kilka kolejnych kroków w kierunku odpowiedzi na pytanie: „Czym jest świadomość i jak ona działa?” Ale dla nas, naiwnych laików, lepiej też stopniowo zmierzać do zrozumienia tej tajemnicy (inaczej, broń Boże, w najważniejszym momencie nic nie zrozumiemy i będziemy zdenerwowani).
A więc dzisiaj - trzy kroki, trzy proste fakty dotyczące pracy mózgu.
1. Mózg myśli ciałem
Tutaj, na przykład, wziąłeś sobie do głowy przeczytanie starożytnego poety Katullusa *. Twoje oczy przebiegają przez linie:
Attis pędził przez morza latającą, lekką łodzią, Pośpieszony szybkim biegiem w pustynię lasów frygijskich, W tych zaroślach gęstych gajów, do świętych miejsc bogini.
Film promocyjny:
Podżegamy z gwałtowną pasją, która przerodziła się w pijacką wściekłość, Wykastrował swoje młode ciało ostrym kamieniem.
Przy tym ostatnim zdaniu czytelnik płci męskiej prawdopodobnie poczuje nieprzyjemny chłód w dolnej części ciała („tam, gdzie szedł energiczny sierp”, jak ujął to przy innej okazji inny poeta, Fiodor Tyutchev). Zobacz, co to oznacza w języku neuronauki: kiedy czytałeś frazę, twój mózg był zaangażowany w rozpoznawanie słów. W mózgu znajdują się w nim specjalne strefy, które specjalizują się w zrozumieniu języka. Jednak nieprzyjemny chłód, wyczuwalny niemal fizycznie w momencie czytania cennego słowa, mówi nam, że z jakiegoś powodu w sprawę zaangażowane były zupełnie inne obszary mózgu - te, które są odpowiedzialne za przetwarzanie sygnałów z peryferyjnych części ciała. Pytanie: czy zdarzyło się to przypadkowo w procesie odbioru tekstu literackiego, czy jest jakiś ważny aspekt mózgu?
Nawet jeśli nasz czytelnik uważa, że to głupie pytanie, neuronaukowcy tak nie sądzą. Co więcej, od dłuższego czasu badają to zjawisko. Na początku XXI wieku odkryto, że kiedy ktoś słyszy czasowniki „biegać”, „uderzyć” i „pocałować” - następuje przepływ krwi do obszarów mózgu, które kontrolują odpowiednio nogi, ręce i usta. W świetle eksperymentu myślowego z tekstem Katullusa, który przedstawiliśmy na początku tego rozdziału, takie wyniki wcale nie wydają się zaskakujące. Główne pytanie brzmi: czy ta aktywność kory motorycznej i czuciowej jest naprawdę konieczna, aby zrozumieć, co mózg właśnie usłyszał lub przeczytał? Być może to tylko efekt uboczny: po pierwsze, części mózgu, które specjalizują się w języku, rozumieją, co się mówi, a dopiero potem inne części zostają lekko pobudzone, chociaż nikt ich o to nie prosi?
W pierwszym zadaniu należało szybko ustalić, czy słowo ma jakiekolwiek znaczenie. Na przykład: „draw” - naciśnij prawy przycisk, „shmakish” - naciśnij lewy.
Alternatywnym punktem widzenia jest to, że zjawisko to jest integralną częścią rozumienia języka. Świadczy o tym fakt, że obszary motoryczne reagują na czasowniki oznaczające czynność bardzo szybko, po zaledwie 80 milisekundach, oczywiście szybciej niż rozumienie słowa. Ten punkt widzenia zyskuje na popularności, ale ostateczny werdykt nie został jeszcze wydany.
Tę hipotezę próbowali uzasadnić neuronaukowcy z Wyższej Szkoły Ekonomicznej w Moskwie, w tym Jurij Sztyrow i Andriej Myaczikow. Temat ten jest przedmiotem ich ostatnich prac naukowych opublikowanych w czasopiśmie Neuropsychologia.
Aby wybrać jedno z dwóch wyjaśnień, musisz wykonać następujące czynności: w jakiś sposób uniemożliwić kory ruchowej udział w pracy nad zrozumieniem tekstu. Jeśli rozumienie pogarsza się lub spowalnia, oznacza to, że mózg naprawdę musi obejmować różne obszary, a nie tylko znane ośrodki językowe na lewej półkuli. Jeśli nie, to nie.
„Ingerowanie w mózg” jest obecnie akceptowane przy użyciu przezczaszkowej stymulacji magnetycznej: impuls pola magnetycznego tymczasowo wyłącza określone części kory. Nie jest to bardziej szkodliwe niż rezonans magnetyczny, dlatego nie było trudno znaleźć 28 ochotników do eksperymentów. To im zaproponowano dwa zadania. W pierwszym należało szybko (naciskając przycisk) ustalić, czy słowo pojawiające się na ekranie ma jakieś znaczenie. Na przykład: „draw” - naciśnij prawy przycisk, „shmakish” - naciśnij lewy. Drugie zadanie jest trochę trudniejsze, ponieważ wymagało nie tylko zrozumienia, że słowo ma znaczenie, ale także zrozumienia, co ono oznacza. Badani musieli odróżniać konkretne działania od abstrakcyjnych, np. „Pisać” - konkretne działanie, „wierzyć” czy „wybaczać” - abstrakcyjne.
W międzyczasie badani rozwiązywali problemy (a raczej w ciągu 200 milisekund po tym, jak słowo pojawiło się przed ich oczami) - impuls magnetyczny przepłynął przez ich czaszki do kory ruchowej, do tej części, która kontroluje ruchy prawej ręki. Musiałeś zauważyć, że zarówno „rysujesz”, jak i „piszesz” - czynności wykonywane ręką?
„Wiem, że nic nie wiem” - to jakaś próżna gadka, ale Sokrates wciąż był mędrcem
Jeśli czytelnika interesują eksperymentalne subtelności, zastrzeżenia i poprawki, odsyłamy go do artykułu przez odniesienie, nie jest to takie trudne, zwłaszcza jeśli jesteś neurobiologiem z dyplomem. W pozostałej części podajemy wynik: tak, efekt rzeczywiście został zaobserwowany. Oznacza to, że wstrząs magnetyczny działający na korę ruchową nie wpłynął na zdolność odróżniania znaczących słów od bezsensownych. Ale w wyborze między abstrakcyjnym a konkretnym działaniem (gdy trzeba było zrozumieć znaczenie tego słowa) różnica była oczywista: gdy kora ruchowa była zahamowana, czasowniki konkretne „rysuj” i „pisz” rozpoznawano wolniej, a abstrakcyjne „wierzysz” i „wybaczaj” - wręcz przeciwnie, szybciej … Tak więc kory ruchowej potrzebujemy nie tylko po to, aby bezużytecznie machać rękami lub rysować hantle, ale także po to, aby rozumieć język.
Uważny czytelnik musi mieć pytanie. Okej, „rysujesz” to prosty i zrozumiały czasownik, weź ołówek do ręki i narysuj. Ale można go również użyć w innym znaczeniu, na przykład: „W swoim przemówieniu rysujesz jasne perspektywy” - żadna ręka nie jest tu wyraźnie zaangażowana. Albo na przykład: „Tak się wczoraj upiłeś - ani nie śpiewaj, ani nie maluj”. Czy potrzebujesz kory ruchowej, aby zrozumieć takie figuratywne zwroty mowy?
Nie od razu, pospiesznie czytelniku. Naukowcy z Wyższej Szkoły Ekonomicznej pracują teraz nad tym, a wyniki zostaną przedstawione na konferencji w San Francisco pod koniec marca. Jeśli wierzyć opublikowanym tezom ich przesłania (a tezy to pół strony tekstu bez żadnych szczegółów), to w „wyrażeniach figuratywnych” należy odróżnić metaforę od idiomu. Na przykład „rzucić kamieniem” to dosłowne znaczenie. „Rzuć palenie” jest metaforycznym zastosowaniem, w którym zamiast „rzucić” można użyć czasownika „stop” lub „rzucić”. „Rzucić cień” to idiom: nie da się rozłożyć tego na osobne słowa i zrozumieć je w oderwaniu od siebie. Wydaje się, że kora ruchowa nie jest potrzebna do zrozumienia metafory. Ale idiomy w tym sensie zachowują się dokładnie tak, jak dosłowne znaczenie czasowników …
… Ale cii. Autorzy badania nalegali, abyśmy nie wchodzili w szczegóły tej pracy. Skłonił nas do tego jedynie fakt, że niezbyt często wysokiej jakości wyniki naukowe są publikowane przez naukowców z ich rodzinnego kraju. Shtyrov, Myachikov i ich koledzy (choć pracują nie tylko w Moskwie, ale także w duńskim Aarhus i angielskim Newcastle) to właśnie osoby, do których można dosłownie odnieść się do wyrażenia „rosyjska nauka”. A ponieważ 8 lutego obchodzimy Dzień tej właśnie rosyjskiej nauki, jest to doskonała okazja, aby pogratulować naszym rodakom i opowiedzieć o ich osiągnięciach - mam nadzieję, że niczego nie zniekształcamy ani nie mylimy.
A ponieważ następne dwa rozdziały nie dotyczą już rosyjskiej nauki, przedstawimy je w dużo krótszy i bardziej zwięzły sposób.
2. Mózg wie, czego nie wie
„En eda oti uden eda” - rzekomo powiedział Sokrates (to znaczy, jest możliwe, że Platon w ogóle to wymyślił i na pewno wyrażenie to zostało błędnie zinterpretowane przez tego, który przetłumaczył je z łaciny na grekę). Wydaje mi się, że Sokrates tego nie powiedział, ponieważ „Wiem, że nic nie wiem” to jakaś próżna gadka, ale nadal był mędrcem. Inną rzeczą jest wiedzieć dokładnie, co wiesz, a czego nie: to budzi szacunek. I w tym celu dobrze byłoby mieć w głowie jakiś rejestr własnej wiedzy, oddzielając ją od wiedzy jako takiej.
Taki rejestr na pewno istnieje w naszych głowach. Udowodnienie tego jest prostsze niż kiedykolwiek: w przeciwnym razie nie byłoby tych udręk na widok znajomej twarzy aktora, którego znasz na pewno, ale za moje życie nie pamiętam jego imienia i miejsca, w którym został sfilmowany. Mózg jest pewien, że ten aktor jest w pamięci. Jednak z jakiegoś powodu nie można od razu znaleźć odpowiedniego wpisu. Występuje również efekt odwrotny, „déjà vu”: jest to sytuacja, w której mózg z jakiegoś powodu myśli, że sytuacja jest znajoma, ale w rzeczywistości wcześniej nie było z nią nic takiego, ale po prostu się wydawało.
Neurolodzy mówią o tym w ten sposób: poza pamięcią właściwą mózg posiada także „metapamięć” - jest to dokładnie pamięć tego, co pamiętamy (lub powinniśmy pamiętać), a czego nie. Ale neurobiologowie do niedawna nie wiedzieli, gdzie dokładnie w mózgu znajduje się ta bezcenna szafka na akta. Dopiero teraz odkryli to japońscy badacze.
Małpom zadawano tylko dwa pytania: „Czy widziałaś już, małpko, to zdjęcie? Jak jesteś pewien, że jej nie widziałeś (ani nie widziałeś)?”
Przeprowadzili swoje eksperymenty nie na ludziach, ale na makakach. Małpom zaproponowano serię zdjęć, a po chwili przedstawiono im zdjęcie do identyfikacji. Były do nich tylko dwa pytania: „Czy widziałaś już, małpko, ten obrazek? Jak jesteś pewien, że jej nie widziałeś (ani nie widziałeś)?” Oczywiście małpy pytano nie słowami, ale w sposób, w jaki zwykle komunikują się z małpami: przy właściwych reakcjach otrzymywały nagrodę, a za błędy musiały zapłacić. W międzyczasie mózg małpy badano za pomocą rezonansu magnetycznego.
I oto jest, metamoria: dwa jasne ogniska w korze przedczołowej. Jeden wydaje się być odpowiedzialny za przypominanie sobie ostatnich wydarzeń, drugi za odległe. A potem (jakie to szczęście, że eksperyment został przeprowadzony na zwierzętach, a nie na ludziach!) Makaki wyłączano z odpowiednich ośrodków mózgu i ponownie zmuszano do obstawiania, czy widzieli już pokazany lub wyimaginowany obraz. Wyniki znacznie się pogorszyły. Jednocześnie, o czym przekonali się badacze w oddzielnym eksperymencie, nie zniknęła sama pamięć oglądanych obrazów. Po prostu małpie znacznie trudniej było śmiało powiedzieć o nieznanym zdjęciu, którego tak naprawdę nigdy nie widziała.
Ta praca to mały krok w kierunku zrozumienia mechanizmów pamięci. Kiedy te mechanizmy zostaną rozwikłane, nasi potomkowie nigdy nie znajdą się w strasznej sytuacji, kiedy znajomy człowiek zdaje się iść w jego stronę, ale może nie jest znajomym, tylko udawał. Wtedy ludzie staną się szczęśliwsi i bardziej harmonijni.
3. Mózg śpi, żeby zapomnieć
Niektórzy ludzie, zwłaszcza młodzi, często myślą, że spanie to tylko strata czasu. Kiedy nie śpimy, dużo się uczymy, gromadzimy wrażenia, czasem nawet się czegoś uczymy. A potem znowu! - i wyrwany z życia przez osiem godzin czerni. I tak się składa, że się obudziłeś, ale nie pamiętasz nic z wczoraj, na całe życie. Niedawne artykuły naukowców z Johns Hopkins University w Stanach Zjednoczonych pokazują, że tak naprawdę śpimy.
W ciągu dnia, kiedy ma miejsce główny ruch, mózg przetwarza wrażenia, zapamiętuje je i wyciąga wnioski. Erik Kandel, który otrzymał za to Nagrodę Nobla w 2000 roku, zgadł, jak to się w przybliżeniu dzieje. Badał neurony mięczaka Aplysia, ucząc jej prostych lekcji mięczaków (np. „Jeśli uderzysz syfonem, teraz zaczną bić”). Okazało się, że ta konkretna lekcja odpowiada wzrostowi jednej konkretnej synapsy, czyli połączeniu między neuronami. Tak więc, kiedy nie śpimy, mózg coś pamięta, a synapsy między neuronami rosną i wzmacniają się w tym.
Cóż, amerykańscy neuronaukowcy mówią: kiedy mózg śpi, synapsy maleją! To znaczy nie wszystkie: najważniejsze i najsilniejsze synapsy tylko się złoszczą, ale drugorzędny nonsens, który nadmiernie puchnął podczas czuwania, wręcz przeciwnie, traci swoją siłę. W rezultacie myszy (w eksperymentach wykorzystano ich mózgi i neurony) „utrwalają” wspomnienia: zachowują w pamięci ważne rzeczy i zapominają o niepotrzebnych nonsensach. Jednak całkowita masa i moc synaps praktycznie nie wzrasta. W ten sposób proces można powtarzać wiele, wiele razy: uczyć się nowych rzeczy, potem spać i uczyć się ponownie ze świeżym umysłem. Gdyby nie ten etap snu, synapsy w mózgu myszy urosłyby bardzo długo, zanim biedna mysz zdążyłaby zauważalnie stać się mądrzejsza.
Naukowcy nie ograniczyli się do takiego lapidarnego wniosku, ale rozwikłali wszystkie główne mechanizmy molekularne zaangażowane w ten proces. Jeśli ktoś jest nimi zainteresowany, niech przeczyta oryginalne artykuły w Science. A jeśli czytelnik jest już zmęczony naszymi badaniami naukowymi, pozwól mu zasnąć: wszystkie synapsy, które puchły w jego mózgu podczas czytania artykułu, rozpuszczą się z dnia na dzień bez śladu, a potem ze świeżym umysłem przeczyta kolejną notatkę o czymś innym.