Na początek

Gra­tu­lu­jemy naby­cia wyjąt­ko­wego, sper­so­na­li­zo­wa­nego pro­duktu. Pro­simy o uważne zapo­zna­nie się z pod­ręcz­ni­kiem użyt­kow­nika i prze­cho­wy­wa­nie go w bez­piecz­nym miej­scu, by móc odwo­ły­wać się do niego w razie potrzeby.

Twój mózg świad­czy ci nie­po­wta­rzalne i nie­za­stą­pione usługi. Jed­no­cze­sna zdol­ność układu zmy­sło­wego do per­cep­cji oto­cze­nia i układu ner­wo­wego do kon­troli apa­ratu ruchu oraz świa­do­mość potra­fiąca doko­ny­wać ocen i podej­mo­wać decy­zje zapew­niają ci dłu­gie lata nie­prze­rwa­nego ist­nie­nia.

Jak mawiał słynny wyna­lazca Tho­mas Alva Edi­son, "ciało służy do nosze­nia mózgu". To nie­ty­powy spo­sób wyra­że­nia myśli, że jeste­śmy swo­imi mózgami.

Świat zarzu­cony jest milio­nami instruk­cji. Tylko na stro­nie www.manu­al­son­line.com znaj­dziemy ich ponad 700 tysięcy. Można się z nich nauczyć obsługi dowol­nego urzą­dze­nia, od zamra­żarki po kosiarkę, od elek­trycz­nej szczo­teczki do zębów po auto­ma­tyczną bramę do garażu. Jed­nak w tym mikro­ko­smo­sie dro­bia­zgo­wych infor­ma­cji nie zwraca się uwagi na naj­waż­niej­szą ze wszyst­kich maszyn, którą każdy z nas ma do dys­po­zy­cji.

Mózg jest maszyną. Przy­naj­mniej w tym sen­sie, że wyko­nuje skom­pli­ko­waną serię rów­no­le­głych obli­czeń, by w cza­sie rze­czy­wi­stym deko­do­wać infor­ma­cje docie­ra­jące do niego z licz­nych wza­jem­nie powią­za­nych pery­fe­ryj­nych urzą­dzeń zmy­sło­wych, z któ­rych naj­bar­dziej skom­pli­ko­wany jest wzrok. Odpo­wiedź mózgu można porów­nać do algo­rytmu, jakby umysł był opro­gra­mo­wa­niem dzia­ła­ją­cym na sprzę­cie mózgo­wym.

Mózg nie jest jed­nak kom­pu­te­rem w sen­sie dosłow­nym. Nie jest ani har­dware'em ani software'em. Nie­któ­rzy nazy­wają go wetware'em -?słowo wet (mokry) pod­kre­śla bio­lo­giczną naturę mózgo­wego kom­pu­tera.

To naj­wspa­nial­szy -?i naj­bar­dziej tajem­ni­czy -?owoc ewo­lu­cji. Jest wspa­niały, ponie­waż w całym wszech­świe­cie nic nie może się z nim rów­nać pod wzglę­dem zło­żo­no­ści. Utwo­rzony jest z tych samych ato­mów układu okre­so­wego, z któ­rych skła­dają się gwiazdy, cier­pli­wie uło­żo­nych tak, by mogły powsta­wać myśli, słowa i czyny. A w kon­se­kwen­cji mnó­stwo innych rze­czy: od histo­rii po filo­zo­fię, od muzyki po naukę.

Jest zaś tajem­ni­czy, ponie­waż nauka -?wytwór samego mózgu -?wciąż nie wie o nim wystar­cza­jąco dużo. A wła­ści­wie nie wie pra­wie nic. Nie tylko nie wia­domo zbyt dużo na temat jego funk­cjo­no­wa­nia, ale nie ma nawet zgody co do tego, czym on wła­ści­wie jest. Tym bar­dziej nie ma zgody co do zna­cze­nia świa­domości, najbar­dziej nie­zwy­kłej z jego cech, będą­cej przez stu­le­cia zarze­wiem nie­po­ro­zu­mień i zażar­tych spo­rów, i to nie tylko wśród teo­lo­gów i filo­zo­fów. Do dziś nie zapa­no­wała jed­no­myśl­ność w kwe­stii regu­lar­nego tra­ce­nia świa­domości, które nazy­wamy snem. Ist­nieje ponad dwa­dzie­ścia alter­na­tyw­nych teo­rii co do tego, czemu mózgo­wie ma potrzebę zasy­pia­nia (choć nie prze­rywa w tym cza­sie pracy). A skoro już przy tym jeste­śmy, nie ma też jasno­ści co do natury zabu­rzeń snu i ich nie­bez­piecz­nych kon­se­kwen­cji, takich jak depre­sja. Zresztą nie zga­dzamy się rów­nież co do istoty depre­sji -?i tak dalej, i tak dalej.

Jed­nak co nieco też wiemy. Pierwsi filo­zo­fo­wie zasta­na­wiali się, czy umysł mie­ści się w mózgu czy w sercu, i za tym dru­gim opo­wia­dały się słynne auto­ry­tety, jak choćby Ary­sto­te­les. Dzi­siaj wiemy już, że mózg sta­nowi cen­trum dowo­dze­nia układu ner­wo­wego u wszyst­kich krę­gow­ców i u spo­rej czę­ści bezkrę­gow­ców. Znamy sta­dia jego ewo­lu­cji. Wiemy, z czego się składa. Wiemy, że w każ­dej jego komórce znaj­duje się kod gene­tyczny, i potra­fimy ten kod odczy­tać. Mamy nowe metody badaw­cze, takie jak fMRI (funk­cjo­nalny rezo­nans magne­tyczny) czy MEG (magne­to­en­ce­fa­lo­gra­fię), które pozwa­lają obser­wo­wać aktyw­ność poznaw­czą mózgu. W sen­sie retro­spek­tyw­nym pozna­jemy ten sys­tem z zawrotną pręd­ko­ścią.

Instruk­cja obsługi lodówki pisana jest przez jej kon­struk­tora. Gdy mówimy o mózgu, będą­cym owo­cem milio­nów lat ewo­lu­cji, jego tajem­nicę mogą odkryć jedy­nie wnio­ski wywie­dzione z całych poko­leń ludz­kich umy­słów. Inte­li­gen­cja stara się tu zro­zu­mieć samą sie­bie, jakby była to nie­uchronna ewo­lu­cja ewo­lu­cji.

Wyczer­pu­jący tom, pod­su­mo­wu­jący wszystko, co nam wia­domo o mózgu -?lub co wydaje nam się, że wia­domo -?byłby olbrzymi i zro­zu­miały tylko dla neu­ro­bio­lo­gów. Tym­cza­sem niniej­szy pod­ręcz­nik jest prze­zna­czony dla zwy­kłych użyt­kow­ni­ków ludz­kiego mózgu. Zawiera zestaw uprosz­czo­nych wyja­śnień tego naj­bar­dziej skom­pli­ko­wa­nego mecha­ni­zmu świata, ale też - mamy nadzieję -?prak­tyczną instruk­cję uła­twia­jącą codzienne korzy­sta­nie z tego urzą­dze­nia.

"Gdyby ludzki umysł był dość pro­sty, by można go było pojąć, byli­by­śmy zbyt pro­ści, by to zro­bić" -?głosi słynna mak­syma, tak słynna, że jej autor­stwo przy­pi­suje się trzem róż­nym oso­bom1.

Jeste­śmy jed­nak prze­ko­nani, że osta­tecz­nie ród ludzki zatrium­fuje. To tylko kwe­stia czasu. Może nie jutro, ale za dwa­dzie­ścia, sto czy dwie­ście lat mózgi Homo sapiens zdo­łają zro­zu­mieć mózg. Zaj­mie im to jed­nak, licząc od początku ich ewo­lu­cji, kil­ka­set stu­leci.

Prze­wod­nik ten -?jak instruk­cja obsługi dowol­nego pro­duktu -?nie zagłę­bia się w mroki naszej prze­szłej nie­wie­dzy ani w świa­tłość nie­wy­obra­żal­nej dziś przy­szłej wie­dzy. Zaj­muje się tym, jak można real­nie wyko­rzy­sty­wać ludzki mózg już dzi­siaj. A można znacz­nie, znacz­nie sze­rzej, niż ludzie sądzą.

Postęp tech­no­lo­giczny oraz nie­zwy­kła liczba odkryć neu­ro­bio­lo­gicz­nych w ostat­nich dwu­dzie­stu latach codzien­nie potwier­dzają intu­icję jed­nego z ojców neu­ro­nauk San­tiaga Ramóna y Cajala, zapi­saną w zamierz­chłym 1897 roku: "Każdy czło­wiek, jeśli tylko zechce, może zostać rzeź­bia­rzem wła­snego mózgu". Dobrze, by mózg twój -?i każ­dego innego użyt­kow­nika - znał różne swoje mecha­ni­zmy.

1.0 Ogólny przegląd produktu

1.0 Ogólny prze­gląd pro­duktu

W każ­dej upły­wa­ją­cej sekun­dzie -?z tą włącz­nie -?nasz ośrod­kowy układ ner­wowy (zwany popu­lar­nie "cen­tral­nym") działa jak labo­ra­to­rium, w któ­rym zacho­dzą miliony reak­cji che­micz­nych, mimo że nawet nie zda­jemy sobie z tego sprawy. Reak­cje te są swo­istym języ­kiem, w któ­rym mózg odbiera, prze­twa­rza i prze­ka­zuje infor­ma­cje.

Od dawna mózg postrzega się jako maszynę. Ponie­waż każda idea jest wytwo­rem swych cza­sów, Kar­te­zjusz porów­nał go do pompy hydrau­licz­nej, Zyg­munt Freud do sil­nika paro­wego, a Alan Turing do kom­pu­tera. Jak się pew­nie domy­śla­cie, Turing był naj­bliż­szy prawdy. Mózg nie działa cał­kiem tak jak kom­pu­ter, ale podo­bień­stwa są nie­za­prze­czalne.

Jeden i drugi prze­ka­zują infor­ma­cje za pośred­nic­twem sygna­łów elek­trycz­nych. W kom­pu­te­rze są one cyfrowe (wyra­żone w binar­nym sys­te­mie zero-jedyn­ko­wym), w mózgu zaś ana­lo­gowe (wyra­żone w zmien­nym spek­trum mili­wol­tów). Sprawa jest jed­nak bar­dziej skom­pli­ko­wana, ponie­waż jeśli suma ana­lo­go­wych wia­do­mo­ści prze­kra­cza pewien próg, neu­ron "odpala" i prze­ka­zuje impuls elek­tryczny dal­szym komór­kom ner­wo­wym. Jeśli nato­miast próg nie zostaje osią­gnięty, nic się nie dzieje. Jest to więc także sys­tem binarny: "tak" albo "nie", włą­czony albo wyłą­czony [- synapsy, 31].

Oba zaj­mują się doko­ny­wa­niem obli­czeń. O ile jed­nak kom­pu­ter sto­suje metodę seryjną, to zna­czy liczy według uprzed­nio usta­lo­nej sekwen­cji, o tyle mózg działa w try­bie rów­no­le­głym, wyko­nu­jąc mnó­stwo obli­czeń jed­no­cze­śnie [- zmy­sły, 122]. Z dru­giej strony mikro­pro­ce­sory gra­ficzne (zwane GPU) wkra­czają już w tech­no­lo­gię rów­no­le­głą.

Oba potrze­bują ener­gii: kom­pu­ter w postaci elek­tro­nów, mózg w postaci tlenu i glu­kozy [- odży­wia­nie się, 106].

U obu można roz­bu­do­wy­wać pamięć: w kom­pu­te­rze wystar­czy dodać lub wymie­nić krze­mowe banki pamięci, w mózgu wystar­czy zwięk­szyć liczbę połą­czeń synap­tycz­nych przez ucze­nie się, ćwi­cze­nia, powta­rza­nie [- pamięć, 84].

Oba ewo­lu­owały w cza­sie. Kom­pu­ter gwał­tow­nie, co dwa lata podwa­ja­jąc swoje moce obli­cze­niowe. Mózgowi Homo sapiens (powsta­łemu z pry­mi­tyw­nego mózgu pry­mi­tyw­nych bez­krę­gow­ców) zajęło to 500 milio­nów lat, tak że w ciągu ostat­nich 50 tysięcy nie zmie­nił się szcze­gól­nie. To wciąż ten sam model pod­sta­wowy, któ­rym wszy­scy dys­po­nu­jemy, Dro­dzy Użyt­kow­nicy [- topo­gra­fia, 51].

Przez wieki i mile­nia sądzono, że -?pomi­ja­jąc okres dzie­ciń­stwa, kiedy uczymy się mówić i cho­dzić -?ludzki mózg jest zasad­ni­czo sta­tyczny i nie­zmienny; że fizycz­nego urazu mózgu nie da się w żaden spo­sób napra­wić; że dziecko mające trud­no­ści w nauce jest ska­zane na trwałe ogra­ni­cze­nia umy­słowe, co zresztą umac­niało nie­rów­no­ści spo­łeczne. Uwa­żano, że złe nawyki i uza­leż­nie­nia to prze­kleń­stwo, które pozo­staje z czło­wie­kiem na całe życie, albo że osiem­dzie­się­cio­la­tek nie może mieć rów­nie dobrej pamięci, co pięć­dzie­się­cio­la­tek.

Dopiero w latach sie­dem­dzie­sią­tych XX wieku zaczę­li­śmy odkry­wać, że prawda jest zupeł­nie inna: mózg nie­ustan­nie się zmie­nia. Prze­miana sta­nowi wręcz istotę jego funk­cjo­no­wa­nia. Kon­se­kwen­cje tej cechy, zwa­nej neu­ro­pla­stycz­no­ścią [- 89], są wręcz nie­wy­obra­żalne. Mózg jest potęż­nym, asyn­chro­nicz­nym i rów­no­le­głym kom­pu­te­rem, w dodatku zdol­nym samo­dziel­nie regu­lo­wać swój har­dware.

Na har­dware ten, utwo­rzony z genial­nie uło­żo­nych ato­mów i czą­ste­czek, składa się około 86 miliar­dów neu­ro­nów w ważą­cym pół­tora kilo­grama mózgo­wiu. Ponie­waż każdy z tych neu­ro­nów może odpa­lić aż 200 razy na sekundę, zale­wa­jąc sygna­łami tysiące neu­ro­nów do niego przy­le­ga­ją­cych, według nie­któ­rych sza­cun­ków mózg potrafi doko­ny­wać nawet 38 milio­nów ope­ra­cji na sekundę. Prze­ko­na­nie, że ludzie wyko­rzy­stują tylko 10% swo­jego mózgu, to bzdura [- mity do oba­le­nia, 251]. A naj­wspa­nial­sze, że robiąc to wszystko, mózg nie zużywa nawet 13 watów. Żaden super­kom­pu­ter nie jest jesz­cze w sta­nie dorów­nać mocy obli­cze­nio­wej ludz­kiego mózgu (przy czym for­mami "obli­czeń" są rów­nież wzrok, słuch czy wyobraź­nia), a tym bar­dziej jego nie­zwy­kłej wydaj­no­ści ener­ge­tycz­nej. A to dopiero począ­tek.

Pra­wie wszyst­kie komórki w ludz­kim ciele bez końca rodzą się i obumie­rają. Wszyst­kie oprócz komó­rek ner­wo­wych -?jedy­nych, które towa­rzy­szą nam przez całe życie, od pierw­szego do ostat­niego dnia [- żywot­ność, 257]. Tak naprawdę wła­śnie one deter­mi­nują, kim jeste­śmy. Oso­bo­wość, zdol­no­ści i talent, wykształ­ce­nie i słow­nic­two, gusta i skłon­no­ści, a nawet wspo­mnie­nia są zapi­sane w indy­wi­du­al­nej archi­tek­tu­rze neu­ro­no­wej [- oso­bo­wość, 182]. Jest ona tak indy­wi­du­alna, że nie ist­nieją na świe­cie dwa iden­tyczne mózgi, nawet u bliź­niąt.

Co wię­cej, rze­czona maszyna jest zdolna w pew­nych gra­ni­cach napra­wiać swoje usterki sprzę­towe. Kiedy jakiś frag­ment mózgu zostaje uszko­dzony, mózg czę­sto potrafi się prze­pro­gra­mo­wać, odtwo­rzyć bra­ku­jące połą­cze­nia w innym miej­scu i prak­tycz­nie sam się napra­wić [- wzrok, 129]. Dzieje się to zarówno na wielką skalę (jak w przy­padku utraty wzroku, kiedy bez­czynne frag­menty mózgu zaczy­nają słu­żyć innym zmy­słom), jak i na małą, ponie­waż pod­czas pro­cesu sta­rze­nia się wiele neu­ro­nów obumiera i już nie wraca. Te jed­nak, które pozo­stają przy życiu, potra­fią się tak prze­or­ga­ni­zo­wać, by bieg lat nie niósł nam fatal­nych kon­se­kwen­cji [- dobre prak­tyki, 272].

Nie ma co marzyć o tym w przy­padku krze­mo­wego pro­ce­sora, w któ­rym nie­kiedy jeden wadliwy tran­zy­stor blo­kuje całe urzą­dze­nie. Nato­miast w razie koniecz­no­ści prze­gru­po­wa­nia synaps, czyli około 150 tysięcy miliar­dów połą­czeń mię­dzy neu­ro­nami, mózg nie staje w sytu­acji kry­zy­so­wej. Po pro­stu sam robi to spon­ta­nicz­nie.

Wpływ wywie­rany przez jeden neu­ron na każdy z setek innych z nim powią­za­nych może być bar­dzo silny, bar­dzo słaby albo pośredni, zależ­nie od trwa­ło­ści i siły poszcze­gól­nych synaps. Poza tym, zgod­nie z regułą sfor­mu­ło­waną w 1949 roku przez kana­dyj­skiego naukowca Donalda Hebba, neu­rons that fire toge­ther, wire toge­ther -?neu­rony odpa­la­jące jed­no­cze­śnie, złą­czają się. Dzięki temu mózg nie­ustan­nie się prze­bu­do­wuje: two­rzy nowe synapsy, wzmac­nia stare, likwi­duje te, które prze­stają być potrzebne [- uru­cho­mie­nie, 101]. Wiele funk­cji mózgu (przede wszyst­kim ucze­nie się) bazuje na tej cią­głej regu­la­cji połą­czeń synap­tycz­nych, ich siły i trwa­ło­ści. Toteż w odróż­nie­niu od tego, co sądzono przez wieki, ludzki mózg by­naj­mniej nie jest sta­tyczny i nie­zmienny:

Użyt­kow­nik spraw­nego mózgu może odkryć, że pra­wie zawsze za pomocą celo­wego dzia­ła­nia -?odwo­ła­nia się do woli -?jest w sta­nie przy­naj­mniej w czę­ści mody­fi­ko­wać, popra­wiać i dostra­jać kon­fi­gu­ra­cję synap­tyczną będącą do jego dys­po­zy­cji [- panel ste­ro­wa­nia, 187]. W prak­tyce ozna­cza to po pro­stu życie.

Póki nie pozna­li­śmy kosmi­tów o wyż­szej inte­li­gen­cji od naszej, mózg Homo sapiens pozo­staje naj­bar­dziej skom­pli­ko­wa­nym, nie­zwy­kłym i fan­ta­stycz­nym two­rem we wszech­świe­cie. Wła­śnie ta zło­żo­ność pozwala neu­ro­nom na wytwa­rza­nie myśli, pamięci i inte­li­gen­cji, przy­sto­so­wa­nych do indy­wi­du­al­nych potrzeb każ­dego użyt­kow­nika. Zdu­miewa to, że ta bio­lo­giczna maszyna wciąż zde­cy­do­wa­nie prze­wyż­sza swo­imi zdol­no­ściami obli­cze­nio­wymi i efek­tyw­no­ścią wszyst­kie kom­pu­tery. Wspa­niale będzie ją poznać.

1.1 Specyfikacja techniczna

1.2 Wersja systemu

Ten mózg to wer­sja 4.3.7 (G-3125)2 sys­temu ner­wo­wego, który wyewo­lu­ował w toku setek milio­nów lat gene­tycz­nych udo­sko­na­leń, by zapew­nić cało­ściowe doświad­cze­nie ludz­kiego ist­nie­nia na tej pla­ne­cie.

W spra­wie upgrade'ów (obec­nie nie­do­stęp­nych) patrz sek­cja Przy­szłe wer­sje [- 283]

2.0 Elementy składowe

2.0 Ele­menty skła­dowe

Pod wzglę­dem ana­to­micz­nym mózg wydaje się poje­dyn­czym two­rem, jed­nak tak nie jest. Czę­sto też przed­sta­wia się go w postaci samej sieci neu­ro­nów, co rów­nież jest zbyt­nim uprosz­cze­niem. Jeśli już, mogli­by­śmy powie­dzieć, że to sieć sieci sieci.

W ramach każ­dej komórki mózgo­wej, czyli neu­ronu [- 23], można dostrzec mikro­sko­pijną sieć pod­sta­wową, zarzą­dzaną przez instruk­cje gene­tyczne, które zawiera sama komórka, i obsłu­gi­waną przez miliony kana­łów jono­wych, pomp sodowo-pota­so­wych i innych urzą­dzeń che­micz­nych, które regu­lują poten­cjał błony, czyli róż­nicę poten­cja­łów elek­trycz­nych mię­dzy wnę­trzem a zewnę­trzem komórki. W rze­czy­wi­sto­ści jed­nak ta samotna jed­nostka obli­cze­niowa do niczego nie służy. Neu­ron zyskuje całą swoją moc dopiero w połą­cze­niu z innymi neu­ro­nami. Nie bez przy­czyny infor­ma­cje nie są zako­do­wane w samych komór­kach mózgo­wych, lecz w powią­za­niach mię­dzy nimi, czyli w synap­sach [- 31].

Typowy neu­ron może mieć tysiące powią­zań z tysią­cami neu­ronów post­sy­nap­tycz­nych. Przy­le­ga­jące neu­rony orga­ni­zują się w jądra (jed­nostki funk­cjo­nalne, na przy­kład w pod­wzgó­rzu [- 64] -?będą­cym wiel­ko­ści mig­dała -?jest ich ponad pięt­na­ście, a każde ma swoje zada­nia) albo łączą się w łań­cuch, two­rząc obwody mózgowe, które spra­wują kon­trolę nad róż­nymi funk­cjami mózgu, takimi jak sen czy kon­cen­tra­cja. Tak zaś jak z licz­nych neu­ro­nów powstaje obwód, liczne obwody łączą swe moce wyko­naw­cze, by dawać tak różne skutki jak język czy empa­tia. To ta monu­men­talna sieć sieci gene­ruje świa­do­mość i inte­li­gen­cję [- 93].

Sys­tem ten nie byłby tak efek­tywny, jak jest, gdyby nie inna, rów­no­le­gła sieć, z którą jest ści­śle zwią­zany: sieć komó­rek gle­jo­wych [- 42], która odpo­wiada za odży­wia­nie, dostar­cza­nie tlenu i oczysz­cza­nie neu­ro­nów, a przede wszyst­kim decy­duje o nie­zwy­kłej szyb­ko­ści ruchu na akso­nach -?neu­ro­no­wych auto­stra­dach [- 29] -?pokry­wa­jąc je bia­ła­wym tłusz­czem, zwa­nym mie­liną, który, mówiąc w skró­cie, wzmac­nia prze­sy­łany sygnał [- 47]. Kora mózgu, w odróż­nie­niu od jąder zło­żona z sze­ściu hie­rar­chicz­nych warstw, zawdzię­cza swoją sku­tecz­ność wiel­kiej szyb­ko­ści prze­syłu sygna­łów na wiel­kich odle­gło­ściach. Dość powie­dzieć, że cał­ko­wita dłu­gość włó­kien mie­li­no­wych w mózgu (poczy­na­jąc od ciała modze­lo­wa­tego, czyli pasma sub­stan­cji bia­łej, łączą­cego pół­kule) wynosi około 150 tysięcy kilo­me­trów. To pra­wie czte­ro­krot­ność obwodu Ziemi na rów­niku.

Można by dodać, że w tej sieci o nie­zwy­kłym stop­niu zło­żo­no­ści pół­kule lewa i prawa (rzą­dzące czyn­no­ściami prze­ciw­le­głych czę­ści ciała) grają do jed­nej bramki, podob­nie jak cztery płaty i różne obszary czyn­no­ściowe kory (rzą­dzące myśle­niem i funk­cjami wyko­naw­czymi) oraz pozo­stałe ele­menty maszyny mózgo­wej, róż­niące się liczbą i jako­ścią two­rzą­cych je neu­ro­nów -?każdy na swoim miej­scu, mający swoją hie­rar­chię i wypeł­nia­jący swoją misję. Innymi słowy, sieć mózgowa składa się z licz­nych "pod­sieci".

Wielka pira­mida w Gizie, Mona Lisa, Requ­iem Mozarta, odkry­cie gra­wi­ta­cji czy ewo­lu­cji to tylko nie­które przy­kłady cudów, które zawdzię­czamy neu­ro­nom, ukła­da­ją­cym się w super­sieć ludz­kiego umy­słu.

2.1 Neuron

Według nie­któ­rych sza­cun­ków ciało męż­czy­zny o śred­niej wadze zło­żone jest z około 37 tysięcy miliar­dów komó­rek. Nie­za­leż­nie od tego, czy mowa o fili­gra­no­wej kobie­cie czy atle­tycz­nie zbu­do­wa­nym dwu­dzie­sto­latku, do skon­stru­owa­nia każ­dego egzem­pla­rza czło­wieka potrzebna jest wręcz nie­wy­obra­żalna liczba bio­lo­gicz­nych cegie­łek. W całym tym natłoku komó­rek, od kości po krew, od wątroby po skórę, jedna grupa wyróż­nia się szcze­gól­nie: komórki ner­wowe, czyli neu­rony.

Cegiełki, z któ­rych zbu­do­wany jest mózg, mają zdu­mie­wa­jące wła­ści­wo­ści. Zacznijmy od tego, że są pobu­dliwe elek­trycz­nie i że w zawi­kła­nej sieci o set­kach tysięcy miliar­dów połą­czeń prze­ka­zują impulsy elek­tryczne i che­miczne w tem­pie setek kilo­me­trów na godzinę w ciągu kilku mili­se­kund.

Ich liczbę w mózgo­wiu sza­cuje się na 86 miliar­dów3 i towa­rzy­szą nam one od naro­dzin aż do śmierci; w odróż­nie­niu od wszyst­kich pozo­sta­łych komó­rek prze­wa­ża­jąca część neu­ro­nów pozo­staje z nami przez całe życie [- 257]. Wła­śnie prze­wo­dze­nie sygna­łów elek­tro­che­micz­nych przez skom­pli­ko­waną sieć komó­rek mózgo­wych pozwala ci w tej chwili czy­tać słowa książki i rozu­mieć jej tekst. Dzięki tej sieci powstają wspo­mnie­nia, pomy­sły, uczu­cia. I wiele, wiele wię­cej.

Ciało komórki neu­ronu, zwane somą, ma sza­le­nie małe wymiary (naj­mniej­sze ma 4 mikro­me­try, czyli 4 milio­nowe czę­ści metra, sze­ro­ko­ści), cho­ciaż w nie­któ­rych przy­pad­kach komórka może roz­cią­gać się na dłu­gość na wiele cen­ty­me­trów -?dzie­siątki tysięcy razy dalej. Te wypustki nazy­wają się akso­nami. Każdy neu­ron ma tylko jeden akson, który niczym kabel trans­mi­syjny prze­nosi infor­ma­cję z danej komórki do innych neu­ronów. Z dru­giej zaś strony znaj­dują się inne, krót­sze wypustki, den­dryty; neu­ron ma bar­dzo dużo takich roz­ga­łę­zio­nych den­dry­tów, które wychwy­tują infor­ma­cje i wpro­wa­dzają je do komórki jak kable odbior­cze.

Neu­rony mogą przyj­mo­wać różne kształty -?znamy ponad dwie­ście typów - jed­nak naj­więk­sze zróż­ni­co­wa­nie doty­czy ich funk­cji w sieci mózgo­wej. Neu­rony czu­ciowe (zwane rów­nież afe­rent­nymi czy dośrod­ko­wymi) odbie­rają sygnały pły­nące z narzą­dów, takich jak oczy i skóra, do ośrod­ko­wego układu ner­wo­wego. Neu­rony ruchowe nato­miast (efe­rentne, odśrod­kowe) prze­ka­zują sygnały moto­ryczne z ośrod­ko­wego układu ner­wo­wego przez krę­go­słup ku narzą­dom obwo­do­wym (pery­fe­ryj­nym), na przy­kład pal­com stopy. Inter­neu­rony -?czyli wszyst­kie pozo­stałe -?wycza­ro­wują cud inte­li­gen­cji za pomocą monu­men­tal­nej sieci zawi­łych powią­zań.

W mózgu Homo sapiens liczba tych synaps jest prze­ogromna. Synapsa składa się z koń­cówki nadaw­czej, koń­cówki odbior­czej i prze­strzeni mię­dzy nimi, zwa­nej szcze­liną synap­tyczną.

Roz­mowa neu­ro­nów gene­ro­wana jest przez serię róż­nych czą­ste­czek - neu­ro­prze­kaź­ni­ków [- 33], które zostają uru­cho­mione na życze­nie komórki. Roz­kaz ten przy­bywa w postaci poten­cja­łów czyn­no­ścio­wych, trwa­ją­cych kilka mili­se­kund zmian napię­cia elek­trycz­nego, które pro­wa­dzą do wydzie­le­nia neu­ro­prze­kaź­ni­ków (takich jak dopa­mina, sero­to­nina czy nora­dre­na­lina) w kie­runku komórki odbior­czej. Kiedy w neu­ro­nie powstaje poten­cjał czyn­no­ściowy, neu­ron odpala i wysyła sygnał do neu­ronów odbior­czych, skła­nia­jąc je do akty­wa­cji lub zamilk­nię­cia.

Do tego już dosta­tecz­nie skom­pli­ko­wa­nego sys­temu komu­ni­ka­cyj­nego należy dodać jesz­cze oscy­la­cje neu­ro­nalne, lepiej znane jako fale mózgowe. Mowa o regu­lar­nym ryt­mie pracy obej­mu­ją­cym całe obszary mózgu, zróż­ni­co­wa­nym pod wzglę­dem czę­sto­tli­wo­ści (mie­rzo­nej w her­cach, czyli cyklach na sekundę) i zależ­nym od stop­nia pobu­dze­nia (od głę­bo­kiego snu po eks­cy­ta­cję), a odkry­tym w latach dwu­dzie­stych XX wieku, gdy skon­stru­owano pierw­sze elek­tro­en­ce­fa­lo­grafy.

Sieć neu­ro­nowa dys­po­nuje rów­no­le­głym sys­te­mem komu­ni­ka­cji, synapsą elek­tryczną. W porów­na­niu z che­miczną jest ona znacz­nie szyb­sza, "cyfrowa" (nadaje tylko sygnały on lub off). Jest pozba­wiona dłu­gich akso­nów i wiąże tylko przy­le­ga­jące neu­rony, czę­sto somę z somą. Obej­muje tylko jądra lub grupy neu­ro­nów zebra­nych w wyspe­cja­li­zo­wane szlaki ner­wowe, które można porów­nać do orkiestr gra­ją­cych różne par­ty­tury. Wzdłuż tych szla­ków neu­rony połą­czone są synap­sami che­micz­nymi, ale także elek­trycz­nymi, które koor­dy­nują dzia­ła­nie orkie­stry, zło­żo­nej z milio­nów muzy­ków-neu­ro­nów. Cią­gły, zsyn­chro­ni­zo­wany impuls elek­tryczny pły­nący mię­dzy tymi komór­kami to wła­śnie fala mózgowa.

Obec­nie wia­domo, że fale mózgowe, które z początku badano ze względu na ich ści­sły zwią­zek z mecha­ni­zmem snu [- 111], odgry­wają zasad­ni­czą rolę w prze­wod­nic­twie ner­wo­wym, funk­cjach kogni­tyw­nych i beha­wio­ral­nych -?co naj­mniej dla­tego, że syn­chro­ni­zują i nadają tempo gry każ­dej z neu­ro­no­wych orkiestr. Być może jed­nak mają wię­cej zadań. Rytm fal mózgo­wych może być nawet powią­zany z tajem­nicą świa­do­mo­ści [- 157], choć nie mamy na to jesz­cze osta­tecz­nych dowo­dów.

2.1.1 Dendryty

To naj­gęst­szy, naj­bar­dziej splą­tany las, jaki kie­dy­kol­wiek widzie­li­ście. Miliardy drzew, setki miliar­dów gałęzi i tysiące miliar­dów liści, wszyst­kie połą­czone ze sobą tak, by mogły prze­sy­łać infor­ma­cje z jed­nego krańca lasu na drugi. Jest to las zacza­ro­wany -?po czę­ści ze względu na jego nie­zwy­kłe piękno, po czę­ści ze względu na magiczne zdol­no­ści.

Den­dryty neu­ronu, zakoń­cze­nia odbior­cze komórki ner­wo­wej, tak bar­dzo przy­po­mi­nają drzewa, że wzięły od nich swą nazwę (den­dron ozna­cza po grecku "drzewo"). Roz­cho­dzą się we wszyst­kie strony niczym gałę­zie, nada­jąc neu­ro­nom, zależ­nie od ich typu, wygląd sosny lub dębu, baobabu albo sekwoi.

Następ­nie mamy liście, w przy­padku den­dry­tów nazy­wane kol­cami4. Tak jak liście drzew są odbior­ni­kami świa­tła sło­necz­nego, które uru­cha­mia foto­syn­tezę, den­dryty i ich kolce są odbior­ni­kami infor­ma­cji, które pocho­dzą od zakoń­czeń nadaw­czych innych neu­ro­nów (nie wszyst­kie neu­rony mają den­dryty z kol­cami).

Jak w praw­dzi­wym lesie gałę­zie i liście drzew neu­ro­no­wych ni­gdy nie pozo­stają w bez­ru­chu. Dopiero w ostat­nich dzie­się­ciu latach potwier­dzono klu­czową rolę den­dry­tów i ich kol­ców w neu­ro­pla­stycz­no­ści, to zna­czy zdol­no­ści mózgu do nie­ustan­nego dosto­so­wy­wa­nia połą­czeń neu­ro­no­wych w związku z wpro­wa­dza­nymi danymi [- 89]. Ucze­nie się i pamięć zależą od siły lub sła­bo­ści połą­czeń synap­tycz­nych, a także od budo­wa­nia i adap­ta­cji nowych kol­ców i nowych den­dry­tów [- 197, 84].

Neu­ro­pla­stycz­ność nie jest wła­sno­ścią abs­trak­cyjną; polega na fizycz­nych zmia­nach, zacho­dzą­cych w mózgu wraz z poja­wia­niem się nowych gałęzi i liści czy utratą "wyschłych". Pro­cesy takie zacho­dzą w każ­dym lesie na świe­cie: i roślin­nym, i mózgo­wym.

2.1.2 Soma

Cen­trum zarzą­dza­nia neu­ronu, zwa­nym somą, jest ciało komórki ner­wo­wej, z któ­rego wyra­stają den­dryty i akson. Gene­ruje ono potrzebną ener­gię, wytwa­rza ele­menty skła­dowe, a potem je mon­tuje. Z zewnątrz oto­czone jest błoną z tłusz­czów i łań­cu­chów ami­no­kwa­sów, która chroni neu­ron przed śro­do­wi­skiem zewnętrz­nym. Wewnątrz znaj­duje się bate­ria wyspe­cja­li­zo­wa­nych mecha­ni­zmów, poczy­na­jąc od jądra komór­ko­wego, speł­nia­ją­cego funk­cje archi­wum i fabryki w jed­nym: prze­cho­wuje DNA, które zawiera wszyst­kie infor­ma­cje potrzebne, by budo­wać konieczne do życia białka, oraz wytwa­rza RNA, za któ­rego pośred­nic­twem owe białka się syn­te­ty­zuje.

Mito­chon­dria, podob­nie jak w każ­dej komórce ciała, zuży­wają tlen i glu­kozę do wytwa­rza­nia paliwa, tzw. ATP (ade­no­zy­no­trój­fos­fo­ranu), i potrze­bują ich w ogrom­nych ilo­ściach. Żadna inna komórka nie ma aż takiego ape­tytu jak neu­ron [- 23].

2.1.3 Akson

Pod­czas gdy den­dry­tów jest bar­dzo dużo, akson jest tylko jeden. Każda komórka mózgowa ma tylko jedną auto­stradę, którą posyła sygnał w świat innych neu­ro­nów.

O ile den­dryty się­gają tylko naj­bliż­szych oko­lic ciała komórki, w pro­mie­niu kilku mikro­me­trów, o tyle akson może roz­cią­gać się na dzie­siątki cen­ty­me­trów, co w tej skali jest gigan­tyczną odle­gło­ścią.

O ile den­dryty zwę­żają się ku koń­cowi jak gałę­zie drzew, o tyle akson ma stałą śred­nicę, póki nie dzieli się na wiele małych odgałę­zień nadaw­czych, zwa­nych zakoń­cze­niami aksonu, połą­czo­nych synap­tycz­nie z licz­nymi innymi neu­ro­nami.

Mię­dzy koń­ców­kami odbior­czymi i nadaw­czymi neu­ronu jest jesz­cze jedna zna­cząca róż­nica: pod­czas gdy sygnał che­miczny, który dociera do den­dry­tów, może być silny, słaby lub pośredni, impuls elek­tryczny w akso­nie albo przez niego prze­cho­dzi, albo nie -?albo jest, albo go nie ma. Z tego punktu widze­nia można powie­dzieć, że den­dryty to urzą­dze­nia ana­lo­gowe, pod­czas gdy akson jest zasad­ni­czo cyfrowy.

Misją aksonu jest prze­sy­ła­nie infor­ma­cji nie tylko na duże odle­gło­ści, ale także z ogromną pręd­ko­ścią. W skraj­nych przy­pad­kach sygnał może osią­gnąć 720 kilo­me­trów na godzinę, czyli 200 metrów na sekundę. Pręd­kość ta zależy od śred­nicy aksonu, a przede wszyst­kim od gru­bo­ści otoczki mie­li­no­wej, która osła­nia go przed zakłó­ce­niami z zewnątrz. Obser­wuje się zależ­ność mię­dzy ilo­ścią mie­liny a inten­syw­no­ścią wyko­rzy­sty­wa­nia aksonu [- 197]. W odróż­nie­niu od praw­dzi­wych auto­strad, któ­rych nawierzch­nia zużywa się, gdy jeź­dzi po nich wiele samo­cho­dów, auto­strady neu­ro­nowe wzmac­niają się pod wpły­wem wzro­stu liczby impul­sów elek­trycz­nych.

Wszystko zaczyna się we wzgórku akso­no­wym, punk­cie, w któ­rym ciało komórki zwęża się, by ufor­mo­wać akson. Jest to ośro­dek obli­cze­niowy dla całego pro­cesu, gdzie odbywa się sumo­wa­nie i odej­mo­wa­nie. Jeśli wynik prze­kra­cza pewną elek­tryczną war­tość pro­gową [- 33], powo­duje to odpa­le­nie neu­ronu, czyli uru­cho­mie­nie poten­cjału czyn­no­ścio­wego. Poten­cjał elek­tryczny błony komór­ko­wej zwięk­sza się na kilka mili­se­kund, wybu­cha­jąc nie­kiedy dzie­siątki czy setki razy na sekundę.

W otoczce mie­li­no­wej znaj­dują się maleń­kie, regu­lar­nie roz­miesz­czone prze­rwy (zwane węzłami Ranviera), gdzie akson jest nie­osło­nięty. Tam­tędy, przez sys­tem kana­łów, prze­do­stają się do wnę­trza komórki lub ucho­dzą z niej jony sodu, zwięk­sza­jąc poten­cjał czyn­no­ściowy. Dzięki temu poten­cjał ten dosłow­nie prze­ska­kuje z jed­nego węzła do dru­giego z pręd­ko­ścią, która bez mie­liny nie byłaby osią­galna.

Mie­lina ma ogromne zna­cze­nie dla inte­li­gen­cji [- 197]. Liczne scho­rze­nia, które pro­wa­dzą do utraty tej otoczki, takie jak stward­nie­nie roz­siane, zabu­rzają prze­wo­dze­nie poten­cjału czyn­no­ścio­wego, a w kon­se­kwen­cji poprawną pracę mózgu.

Kolor tak zwa­nej sub­stan­cji sza­rej w korze mózgu [- 70] nadaje duże nagro­ma­dze­nie ciał neu­ro­nów. Kolor sub­stan­cji bia­łej nato­miast jest skut­kiem obec­no­ści mie­liny. Aksony, które two­rzą mate­rię białą ciała modze­lo­wa­tego [- 69], to zna­czy struk­tury łączą­cej pół­kule mózgowe, zaj­mują wię­cej miej­sca niż wszyst­kie somy, den­dryty i kolce razem wzięte.

2.1.4 Synapsy

Po den­dry­tach, somie i akso­nie docie­ramy wresz­cie na koniec neu­ronu: do synapsy. Jest to punkt łączący zakoń­cze­nia aksonu jed­nego neu­ronu (tzw. pre­sy­nap­tycz­nego) z gałę­ziami, liśćmi lub cia­łem innego neu­ronu (post­sy­nap­tycz­nego). Co naj­cie­kaw­sze, nie ma mię­dzy nimi bez­po­śred­niego kon­taktu. Trze­cią czę­ścią synapsy jest bowiem znaj­du­jąca się pośrodku szcze­lina synap­tyczna (mie­rząca 20-40 miliar­do­wych metra). To tam roz­po­czyna się cud zacza­ro­wa­nego neu­ro­no­wego lasu: w tym punk­cie komórki inte­li­gen­cji roz­ma­wiają ze sobą w języku che­mii.

Zakoń­cze­nie aksonu prze­cho­wuje neu­ro­prze­kaź­niki w małych kul­kach, zwa­nych pęche­rzy­kami. Na komendę poten­cjału czyn­no­ścio­wego pęche­rzyki wydzie­lają neu­ro­prze­kaź­niki, które poko­nują szcze­linę synap­tyczną i nawią­zują kon­takt z recep­to­rami dru­giego neu­ronu, bio­rąc w ten spo­sób udział w uru­cho­mie­niu sygnału (pobu­dza­ją­cego lub hamu­ją­cego). To tylko jeden pier­ścień zdu­mie­wa­ją­cego łań­cu­cha sygna­łów, które prze­mie­rzają nasze mózgo­wie miliony razy na sekundę, pozwa­la­jąc nam zwa­żać na prze­szłość, pla­no­wać przy­szłość i poru­szać nogami w teraź­niej­szo­ści.

Pod­czas gdy osza­co­wa­nie śred­niej liczby neu­ro­nów wystę­pu­ją­cych w ludz­kim mózgu oka­zało się do pew­nego stop­nia moż­liwe [- 23], wyzna­cze­nie liczby synaps wydaje się zada­niem nie­wy­ko­nal­nym. Nie tylko dla­tego, że są one bez porów­na­nia mniej­sze od neu­ro­nów i nie­ro­ze­rwal­nie splą­tane ze sobą w leśnej gęstwi­nie, ale też dla­tego, że z bie­giem życia ich liczba spada.

Neu­ron może być powią­zany z dzie­siąt­kami tysięcy innych neu­ro­nów, także w odle­głych czę­ściach mózgu. Neu­ron pira­mi­dowy, naj­pow­szech­niej­sza komórka w korze mózgo­wej i naj­bar­dziej cha­rak­te­ry­styczna dla mózgu Homo sapiens, ma 5-50 tysięcy połą­czeń odbior­czych, czyli post­sy­nap­tycz­nych. Komórka Pur­ki­niego -?inny typ neu­ronu -?może mieć ich nawet 100 tysięcy. Według nie­któ­rych sza­cun­ków w mło­dym, doro­słym mózgu jest w sumie około 150 tysięcy miliar­dów synaps.

Nie to jest jed­nak naj­waż­niej­sze, lecz wybu­chowa siła zaklęta w wykład­ni­czym poten­cjale całej sieci.

Weźmy na przy­kład hipo­te­tyczny, stan­dar­dowy neu­ron, który wcho­dzi w kon­takt synap­tyczny z "zale­d­wie" tysią­cem innych neu­ronów. Każdy z nich może być połą­czony z tysią­cem kolej­nych, tak że na dru­gim łączu -?w ciągu kilku mili­se­kund -?infor­ma­cja dociera do miliona komó­rek (1000 x 1000). Przy trze­cim -?gdyby aku­rat wszyst­kie połą­czone były z kolej­nym tysią­cem -?liczba wyno­si­łaby już miliard (1000 x 1000 x 1000). Liczby te nie mają real­nego sensu, ponie­waż w rze­czy­wi­sto­ści w grę wcho­dzą tu różne typy komó­rek, różne jądra i szlaki ner­wowe, więc wszystko jest znacz­nie bar­dziej skom­pli­ko­wane. Dają nam jed­nak pewien ogląd tego, jak potężny jest cały mecha­nizm. Podobno legen­darny węgier­ski ana­tom János Szentágothai wyli­czył, że pomię­dzy każ­dym z neu­ronów jest tylko "sześć stopni odda­le­nia" (podob­nie jak w fil­mie Szó­sty sto­pień odda­le­nia, który opi­sy­wał to w odnie­sie­niu do kon­tak­tów mię­dzy wszyst­kimi ludźmi na świe­cie). Sześć stopni to jed­nak przy­pa­dek gra­niczny. Zazwy­czaj odda­le­nie mię­dzy neu­ro­nami jest mniej­sze i nawet te poło­żone po prze­ciw­nych stro­nach mózgu mogą roz­ma­wiać ze sobą z nie­sa­mo­witą pręd­ko­ścią. Komórka może "odpa­lać" co kilka sekund, ale może to robić też 200 razy na sekundę.

Także synapsy są przed­mio­tem neu­ro­pla­stycz­no­ści. Kie­dyś uwa­żane były za trwałe i nie­zmienne, dziś jed­nak wiemy, że połą­cze­nia synap­tyczne mogą być słab­sze lub moc­niej­sze, innymi słowy mniej lub bar­dziej zdolne do wpły­wa­nia na zacho­wa­nie neu­ro­nów odbior­czych. Wszystko zależy od tego, jak bar­dzo używa się danej synapsy; im czę­ściej połą­cze­nie mię­dzy dwiema komór­kami mózgo­wymi się włą­cza, tym potęż­niej­sze i sta­bil­niej­sze się staje [- 13]. Zja­wi­sko to, zwane dłu­go­trwa­łym wzmoc­nie­niem synap­tycz­nym (LTP, long-term poten­tia­tion), ma ważne impli­ka­cje prak­tyczne dla ucze­nia się [- 197] i zapa­mię­ty­wa­nia [- 84]. Z dru­giej strony wpływa także na pro­cesy powsta­wa­nia nawy­ków i uza­leż­nień [- 235].

2.2 Neuroprzekaźniki

Mózg posłu­guje się języ­kiem neu­ro­prze­kaź­ni­ko­wym. W dowol­nej chwili -?czy wtedy, gdy czy­tamy książkę, czy podzi­wiamy zachwy­ca­jący widok -?w naszym mózgo­wiu sza­leje che­miczna burza. Miliony mikro­sko­pij­nych czą­ste­czek bez prze­rwy opusz­czają pęche­rzyki jed­nego neu­ronu, prze­mie­rzają szcze­linę synap­tyczną i łączą się z recep­to­rami dru­giego neu­ronu, a każda z tych czą­ste­czek nie­sie swoją che­miczną wia­do­mość. Mózg używa neu­ro­prze­kaź­ni­ków, by kazać sercu bić, płu­com oddy­chać, żołąd­kowi tra­wić. Mole­kuły te służą także do tego, by naka­zać sen lub kon­cen­tra­cję, ucze­nie się lub zapo­mi­na­nie, zmo­bi­li­zo­wa­nie się lub odprę­że­nie. Wszystko to -?łącz­nie z naj­bar­dziej racjo­nal­nymi i naj­bar­dziej nie­świa­do­mymi aspek­tami ludz­kiego zacho­wa­nia -?dzieje się za pośred­nic­twem zastę­pów neu­ro­prze­kaź­ni­ków i skom­pli­ko­wa­nych inte­rak­cji, w jakie wcho­dzą. Odkryto już ponad sto takich sub­stan­cji, nie­wy­klu­czone jed­nak, że jest ich wię­cej.

Sygnały synap­tyczne mogą mieć cha­rak­ter pobu­dza­jący lub hamu­jący zależ­nie od tego, jakie neu­ro­prze­kaź­niki wyru­szą z neu­ronu i jakie recep­tory je prze­chwycą. Neu­ron odbior­czy zaś może być połą­czony z tysią­cami innych neu­ro­nów, więc jed­no­cze­śnie odbiera impulsy z setek czy tysięcy synaps. Infor­ma­cje pobu­dza­jące i hamu­jące zostają "zsu­mo­wane" w komórce, która -?dzięki zło­żo­nemu sys­te­mowi pomp, regu­lu­ją­cemu wpływ i wypływ jonów sodu i potasu -?zacho­wuje sta­bilny spo­czyn­kowy poten­cjał elek­tryczny błony na pozio­mie -70 mili­wol­tów. Neu­ro­prze­kaź­niki pobu­dza­jące dążą do zwięk­sze­nia napię­cia elek­trycz­nego na pobli­skiej bło­nie, pod­czas gdy te hamu­jące -?do jego zmniej­sze­nia. Jeśli wynik netto prze­kra­cza pewien poziom pro­gowy (zazwy­czaj -30 mili­wol­tów), komórka ner­wowa uru­cha­mia poten­cjał czyn­no­ściowy -?impuls elek­tryczny prze­bie­ga­jący wzdłuż aksonu, by naka­zać uwol­nie­nie kolej­nego strzału neu­ro­prze­kaź­ni­ków. Jeśli nato­miast go nie prze­kra­cza, sprawa się na tym koń­czy.

Mate­ma­tyka prze­wod­nic­twa ner­wo­wego wykra­cza jed­nak znacz­nie poza same obli­cze­nia napię­cia, ponie­waż czą­steczki sygna­łowe speł­niają swoje wła­sne zada­nia w kom­bi­na­cji lub w opo­zy­cji jedna do dru­giej. Wachlarz moż­li­wo­ści jest na tyle duży, by pozwa­lać nam na myśle­nie, wspo­mnie­nia i emo­cje. Szwedzki badacz Hugo Lövheim przed­sta­wił kla­sy­fi­ka­cję krzy­żu­ją­cych się efek­tów sero­to­niny, dopa­miny i nora­dre­na­liny. Według tego modelu kom­bi­na­cja wyso­kich lub niskich pozio­mów tych trzech czą­ste­czek deter­mi­nuje emo­cje tła. Złość na przy­kład zakłada wysoki poziom dopa­miny i nora­dre­na­liny, a niski sero­to­niny.

Serotonina

Dopamina

Noradrenalina

? = wysoki poziom ? = niski poziom

Natu­ral­nie rze­czy­wi­stość jest znacz­nie bar­dziej skom­pli­ko­wana, choćby ze względu na wza­jemne inte­rak­cje całej palety innych czą­ste­czek sygna­ło­wych. A także ze względu na pewien istotny szcze­gół: nie jest powie­dziane, że w kara­bi­nach synap­tycz­nych czy w pęche­rzy­kach maga­zynki z nabo­jami są zawsze pełne.

Dostęp­ność neu­ro­prze­kaź­ni­ków jest ogra­ni­czona. Po zwią­za­niu z recep­to­rem post­sy­nap­tycz­nym zostają one szybko dez­ak­ty­wo­wane, a następ­nie pod­dane recy­klin­gowi: wchło­nięte z powro­tem przez pęche­rzyki, które zostają w ten spo­sób nała­do­wane na nowo (po angiel­sku nazywa się to reup­take - wychwy­tem zwrot­nym) albo usu­nięte, a nawet znisz­czone. Mózg może paść ofiarą nie­wy­star­cza­ją­cego odtwa­rza­nia zapa­sów nie­któ­rych czą­ste­czek. Zły spo­sób odży­wia­nia się [- 106], silny stres [- 240], pewne lekar­stwa, nar­ko­tyki, alko­hol, a także pre­dys­po­zy­cje gene­tyczne [- 246] wpły­wają na rezerwy neu­ro­prze­kaź­ni­ków, zabu­rza­jąc opty­malne funk­cjo­no­wa­nie maszyny mózgo­wej.

Nie­które neu­ro­prze­kaź­niki, takie jak dopa­mina, sero­to­nina, ace­ty­lo­cho­lina i nora­dre­na­lina, dzia­łają rów­nież jako neu­ro­mo­du­la­tory. Pod­czas gdy neu­ro­tran­smi­sję można porów­nać do lasera, który pre­cy­zyj­nie tra­fia w neu­rony post­sy­nap­tyczne, neu­ro­mo­du­la­cja przy­po­mina raczej roz­py­la­nie spreju. Wystar­czy, by neu­ro­mo­du­la­tory zostały wydzie­lone tylko przez kilka neu­ro­nów, a ich dzia­ła­nie obej­muje mnó­stwo innych neu­ro­nów, modu­lu­jąc ich czyn­ność na znacz­nym obsza­rze. Ponadto na neu­ro­tran­smi­sję mogą wpły­wać takie hor­mony jak testo­ste­ron i kor­ty­zol, bio­rąc udział w tęt­nią­cej już życiem aktyw­no­ści synap­tycz­nej.

GABA

Jego zada­niem jest hamo­wa­nie. Kwas gamma-ami­no­ma­słowy, znany lepiej jako GABA, to główny czyn­nik hamu­jący w synap­sach. W dużym stę­że­niu odpręża i zwięk­sza kon­cen­tra­cję. W umiar­ko­wa­nym pro­wa­dzi do nie­po­koju. Nie przy­pad­kiem lekar­stwa, które zwięk­szają ilość dostęp­nego GABA, mają dzia­ła­nie relak­su­jące, prze­ciw­dr­gaw­kowe i prze­ciw­lę­kowe.

Glutaminian

To neu­ro­prze­kaź­nik pobu­dza­jący par excel­lence. Choć jest naj­bar­dziej roz­po­wszech­niony, w dużych ilo­ściach jest bar­dzo tok­syczny dla neu­ro­nów. Odgrywa fun­da­men­talną rolę w pro­ce­sach kogni­tyw­nych, takich jak pamięć i nauka, ale bie­rze także udział w regu­la­cji roz­woju mózgu.

Adrenalina

Znana rów­nież jako epi­ne­fryna, jest neu­ro­hor­mo­nem reak­cji "walki lub ucieczki", wytwa­rza­nym w chwi­lach stresu. Wią­zana przede wszyst­kim ze stra­chem i sta­nem zagro­że­nia, zwięk­sza ukrwie­nie mię­śni i prze­pływ tlenu do płuc po to wła­śnie, by wspo­ma­gać walkę lub ucieczkę. Jest zarówno hor­mo­nem wytwa­rza­nym przez nad­ner­cza, jak i neu­ro­prze­kaź­ni­kiem.

Noradrenalina

Znana rów­nież jako nore­pi­ne­fryna, jest neu­ro­prze­kaź­ni­kiem pobu­dza­ją­cym. Regu­luje uwagę oraz reak­cję "walki lub ucieczki", przy­spie­sza­jąc pracę serca, a tym samym napływ krwi do mię­śni. W wyso­kim stę­że­niu powo­duje lęk, pod­czas gdy niski poziom nora­dre­na­liny wią­zany jest z trud­no­ściami w kon­cen­tra­cji i zabu­rze­niami snu.

Serotonina

Przy­czy­nia się do poczu­cia dobro­stanu, rów­no­wa­żąc -?w cha­rak­te­rze neu­ro­prze­kaź­nika hamu­ją­cego -?ewen­tu­alną nad­mierną aktyw­ność pobu­dza­jącą neu­ro­nów. Regu­luje ból, tra­wie­nie i (wraz z mela­to­niną) mecha­ni­zmy snu. Niski poziom sero­to­niny powią­zany jest z depre­sją i lękiem, toteż dzia­ła­nie wielu środ­ków prze­ciw­de­pre­syj­nych bazuje na zwięk­sza­niu jej dostęp­no­ści [- 246]. W spo­sób natu­ralny sero­to­nina wytwa­rza się w orga­ni­zmie rów­nież pod­czas ćwi­czeń fizycz­nych i eks­po­zy­cji na słońce.

Dopamina

Super­gwiazda wśród neu­ro­prze­kaź­ni­ków. Cie­szy się świetną opi­nią, a to zapewne dla­tego, że jest czą­steczką zwią­zaną z ukła­dem nagrody i odczu­wa­niem przy­jem­no­ści [- 174]. Pobu­dza­jąca, ale zdolna rów­nież do hamo­wa­nia, bie­rze udział w mecha­ni­zmach powsta­wa­nia nawy­ków i uza­leż­nień [- 235], jed­nak nie powinno się spro­wa­dzać jej do roli "czą­steczki przy­jem­no­ści". W świe­tle ostat­nich odkryć możemy powie­dzieć, że jest neu­ro­prze­kaź­ni­kiem woli. Jest klu­czo­wym ele­men­tem takich stra­te­gicz­nych funk­cji, jak zdol­ność sku­pia­nia uwagi i kon­trola ruchów. Roz­miesz­cze­nie neu­ro­nów wypo­sa­żo­nych w recep­tory dopa­miny oraz odpo­wied­nich obwo­dów mózgo­wych dopro­wa­dziło do ziden­ty­fi­ko­wa­nia układu dopa­mi­ner­gicz­nego z ośmioma szla­kami, które roz­pro­wa­dzają tę czą­steczkę, przy­no­sząc także efekty neu­ro­mo­du­la­cyjne. Trzy naj­waż­niej­sze -?szlak mezo­lim­biczny, mezo­kor­ty­kalny i nigro­stria­talny -?mają swój począ­tek w śród­mó­zgo­wiu [- 56] i pro­wa­dzą na wyż­sze poziomy mózgu.

Acetylocholina

Jest to neu­ro­prze­kaź­nik naj­ob­fi­ciej wystę­pu­jący w ludz­kim orga­ni­zmie. W obwo­do­wym ukła­dzie ner­wo­wym służy do sty­mu­la­cji mię­śni, w ukła­dzie ośrod­ko­wym nato­miast ma zna­cze­nie dla pobu­dze­nia i układu nagrody, pełni także ważną funk­cję w pro­ce­sie ucze­nia się [- 197] i jest istotna dla neu­ro­pla­stycz­no­ści. Będąca rów­nież neu­ro­mo­du­la­to­rem ace­ty­lo­cho­lina jest obecna w pły­nie mózgowo-rdze­nio­wym [- 48], a tym samym oddzia­łuje na różne obszary neu­ro­nowe.

Oksytocyna

Chcąc zwięk­szyć ilość oksy­to­cyny w mózgu, wystar­czy poca­ło­wać się, przy­tu­lić lub upra­wiać seks. Można rów­nież kar­mić pier­sią, gdyż hor­mon ten, dzia­ła­jący jako neu­ro­prze­kaź­nik, napływa wtedy zarówno do mózgu matki, jak i dziecka. Innymi słowy, chcąc natu­ral­nie wytwo­rzyć oksy­to­cynę, trzeba być we dwoje. Zwana "hor­monem przy­wią­za­nia", ponie­waż wywo­łuje poczu­cie dobro­stanu, skła­nia­jące do for­mo­wa­nia związ­ków miło­snych lub rodzin­nych, odgrywa rolę w wielu pro­ce­sach fizjo­lo­gicz­nych od erek­cji po ciążę, od skur­czy macicy po pro­duk­cję mleka, od rela­cji spo­łecz­nych po reak­cje stre­sowe. Obec­ność lub nie­do­sta­tek oksy­to­cyny odbi­jają się na sto­sunku do innych ludzi oraz na sta­bil­no­ści psy­chicz­nej. Syn­te­tyczna oksy­to­cyna, która w nie­któ­rych kra­jach jest dostępna na rynku w postaci wziew­nej, bywa sto­so­wana rekre­acyj­nie.

Wazopresyna

Ten hor­mon, neu­ro­prze­kaź­nik i neu­ro­mo­du­la­tor w jed­nym składa się z dzie­wię­ciu ami­no­kwa­sów. Poza bar­dziej pro­za­icz­nymi funk­cjami (hamuje wytwa­rza­nie moczu i zwęża naczy­nia krwio­no­śne) czą­steczka ta odgrywa stra­te­giczną rolę dla prze­dłu­że­nia gatunku. Bie­rze udział w mecha­ni­zmach zacho­wań inter­per­so­nal­nych, w pobu­dze­niu sek­su­al­nym i związ­kach intym­nych. Słynny jest przy­pa­dek gatunku Micro­tus ochro­ga­ster - żyją­cego na ame­ry­kań­skim Środ­ko­wym Zacho­dzie nor­nika pre­rio­wego, zna­nego ze swej mono­ga­mii (rzad­kość wśród ssa­ków). Jeśli nor­nik zosta­nie pozba­wiony wazo­pre­syny, nawet on się "roz­wo­dzi".

Testosteron, estradiol, progesteron

Tak jak ośrod­kowy układ ner­wowy używa do wysy­ła­nia wia­do­mo­ści neu­ro­prze­kaź­ni­ków, układ hor­mo­nalny korzy­sta z hor­mo­nów. Tak zwane hor­mony płciowe, takie jak testo­ste­ron (męski, wzór che­miczny powy­żej) czy estra­diol i pro­ge­ste­ron (żeń­skie), mają decy­du­jące zna­cze­nie zarówno dla pło­do­wego roz­woju mózgu, jak i dla powsta­nia drob­nych, choć zna­czą­cych róż­nic dwóch dostęp­nych modeli doro­słego mózgo­wia [- 217]. Zarówno męż­czyźni, jak i kobiety wytwa­rzają testo­ste­ron i pro­ge­ste­ron, ale w rady­kal­nie odmien­nych pro­por­cjach.

Kortyzol

Kor­ty­zol rów­nież nie jest neu­ro­prze­kaź­ni­kiem w ści­słym sen­sie, nie­mniej jest czą­steczką zdolną do wywie­ra­nia zna­czą­cego wpływu na maszy­ne­rię mózgową. Wytwa­rzany w nad­ner­czach (na sygnał z pod­wzgó­rza [- 64]) w ramach skom­pli­ko­wa­nego mecha­ni­zmu reak­cji na prze­dłu­ża­jące się zagro­że­nie [- 144], bywa także nazy­wany hor­mo­nem stresu [- 240]. Jeżeli poziom kor­ty­zolu pozo­staje przez dłuż­szy czas wysoki, docho­dzi do uszko­dze­nia hipo­kam­pów [- 63] i szyb­szego sta­rze­nia się mózgu. Kor­ty­zol zakłóca rów­nież pro­ces ucze­nia się [- 197].

Endorfiny

Mówi się o nich w licz­bie mno­giej, ponie­waż jest to cała kate­go­ria opio­idów ("mor­fin endo­gen­nych", czyli wytwa­rza­nych przez orga­nizm), które hamują sygnały bólowe i wywo­łują dobre samo­po­czu­cie, a nawet eufo­rię. Uwal­niają się w cza­sie aktyw­no­ści fizycz­nej [- 115] i sek­su­al­nej, a także w przy­padku odczu­wa­nia bólu. Wydzie­la­niu się endor­fin sprzy­jają rów­nież nie­które pokarmy, na przy­kład cze­ko­lada.

2.3 Komórki glejowe

Możemy zagwa­ran­to­wać, że twój mózg nie pławi się w kleju. Jed­nak wła­śnie tak sądzili uczeni przez pra­wie sto lat.

Neu­rony, komórki inte­li­gen­cji, sta­no­wią tylko część masy mózgo­wej. Reszta zło­żona jest z komó­rek innej kate­go­rii, zwa­nych gle­jo­wymi (z grec­kiego ?????, "klej"). Opi­sane zostały po raz pierw­szy pod koniec XIX wieku i przez długi czas uwa­żano je za coś w rodzaju rusz­to­wa­nia, dają­cego opar­cie praw­dzi­wym super­gwiaz­dom -?neu­ro­nom. Per­spek­tywa zmie­niła się rady­kal­nie, począw­szy od lat osiem­dzie­sią­tych XX wieku, mię­dzy innymi dzięki Alber­towi Ein­ste­inowi.

Choć naj­wy­bit­niej­szy fizyk wszech cza­sów nie zaj­mo­wał się neu­ro­bio­lo­gią, nie­chcący wywarł na nią wpływ pośmiert­nie. Prze­pro­wa­dza­jąc w 1955 roku sek­cję zwłok Ein­ste­ina, lekarz ze szpi­tala w Prin­ce­ton, Tho­mas Stoltz Harvey, posta­no­wił wykraść mózg geniu­sza. To dzi­waczne prze­stęp­stwo - popeł­nione w imię nauki -?miało przy­spo­rzyć mu mnó­stwa pro­ble­mów.

Nie­mniej wyda­wało się, że mózgo­wie Ein­ste­ina nie wyróż­nia się niczym szcze­gól­nym. Dopiero trzy­dzie­ści lat póź­niej pro­fe­sor Mariad Dia­mond z Uni­wer­sy­tetu w Ber­ke­ley zoba­czyła w jed­nej z czte­rech pró­bek coś zaska­ku­ją­cego. W rejo­nie płata cie­mie­nio­wego, gdzie prze­biega rozu­mo­wa­nie mate­ma­tyczne, orien­ta­cja prze­strzenna i kon­cen­tra­cja uwagi, komórki gle­jowe były u Ein­ste­ina znacz­nie licz­niej­sze niż prze­cięt­nie. Jak się czę­sto zda­rza, odkry­cie to zostało opro­te­sto­wane, a wnio­ski z niego czę­ściowo wyco­fane, wska­zówka ta wystar­czała jed­nak, by uchy­lić drzwi do wielu kolej­nych badań i odkryć.

Dzi­siaj wiemy, że komórki gle­jowe peł­nią wiele róż­nych funk­cji. Prawdą jest, jak sądzono od dawna, że mają zna­cze­nie kon­struk­cyjne: ota­czają neu­rony i utrzy­mują je na swoim miej­scu. Są jed­nak także maga­zy­nie­rami: kar­mią neu­rony i odży­wiają je tle­nem. Są elek­try­kami, ponie­waż budują otoczkę mie­li­nową, która regu­luje prze­sy­ła­nie poten­cjału czyn­no­ścio­wego wzdłuż akso­nów. Z pew­no­ścią są też sprzą­ta­czami, gdyż trzy­mają z daleka pato­geny i pochła­niają nie­ak­tywne już neu­rony.

Speł­niają więc mnó­stwo róż­no­rod­nych zadań, bez któ­rych ludzki mózg nie dzia­łałby jak trzeba. Już w trak­cie embrio­ge­nezy -?kiedy w życiu pło­do­wym roz­po­czyna się faza samo­or­ga­ni­za­cji mózgu -?komórki gle­jowe regu­lują migra­cję neu­ro­nów i wytwa­rzają czą­steczki konieczne do roz­ga­łę­zia­nia się den­dry­tów i akso­nów. Nie­dawne bada­nia przy­pi­sują komór­kom gle­jo­wym także zdol­ność wza­jem­nego komu­ni­ko­wa­nia się che­micz­nego. W odróż­nie­niu od neu­ro­nów są zdolne do mitozy, czyli do podziału i repro­duk­cji.

W wielu źró­dłach możemy prze­czy­tać, że komórki gle­jowe są od pię­ciu do dzie­się­ciu razy licz­niej­sze od neu­ro­nów. Nie­dawne bada­nie oba­liło jed­nak ten mit, poda­jąc, że sto­su­nek mię­dzy nimi wynosi 1:1. Wedle nowej, skom­pli­ko­wa­nej metody obli­cze­nio­wej (oczy­wi­ście kon­te­sto­wa­nej przez nie­któ­rych) w mózgu znaj­duje się 86 miliar­dów neu­ro­nów i 84,6 miliarda komó­rek gle­jo­wych, jed­nak wyraź­nie zazna­czają się róż­nice mię­dzy poszcze­gól­nymi obsza­rami mózgo­wia. Komórki gle­jowe są pra­wie cztery razy licz­niej­sze od neu­ro­nów w korze mózgo­wej -?tej czę­ści mózgu, która naj­do­bit­niej wyróż­nia Homo sapiens spo­śród innych gatun­ków. Nato­miast w sub­stan­cji bia­łej kory, gdzie znaj­duje się więk­szość akso­nów mie­li­no­wych, neu­ro­glej jest dzie­sięć razy licz­niej­szy od neu­ro­nów. Nie trzeba bez­cze­ścić nie­szczę­snego mózgu Alberta Ein­ste­ina, by mieć pew­ność, że komórki gle­jowe grają ważną rolę w wytwa­rza­niu inte­li­gen­cji.

Nie­stety, ich zna­cze­nie ujaw­nia się jesz­cze wyra­zi­ściej, kiedy sprawy przyj­mują zły obrót. W cho­ro­bie Alzhe­imera komórki gle­jowe mogą wytwa­rzać zbyt dużo nisz­czą­cych neu­rony cyto­kin; ich nie­pra­wi­dłowe funk­cjo­no­wa­nie ma zna­cze­nie dla cho­roby Par­kin­sona i stward­nie­nia roz­sia­nego; ich wiel­kość i gęstość zdają się mieć zwią­zek z depre­sją. Gene­ral­nie można powie­dzieć, że głów­nym zada­niem komó­rek gle­jo­wych jest utrzy­my­wa­nie home­ostazy -?che­miczno-fizycz­nej rów­no­wagi orga­ni­zmu. Innymi słowy, zacho­wa­nie sta­tus quo.

2.3.1 Komórki mikroglejowe

Są małe, choć dużo jedzą, mikro­glej należy bowiem do kate­go­rii makro­fa­gów.

Mózg jest w zasa­dzie oddzie­lony od reszty świata barierą krew-mózg [- 48], która nie pozwala prze­do­stać się do niego pato­ge­nom o dużych roz­mia­rach. Jeśli zaś jakie­muś obcemu czyn­ni­kowi udaje się prze­kro­czyć tę barierę, mikro­glej -?roz­miesz­czony w całym mózgo­wiu oraz rdze­niu krę­go­wym -?rzuca się do ataku, by znisz­czyć najeźdźcę i zła­go­dzić spro­wo­ko­wany stan zapalny. Te naj­mniej­sze ze wszyst­kich komó­rek gle­jo­wych doko­nują nie­ustan­nej inspek­cji oto­cze­nia, mając pie­czę nad zdro­wiem neu­ro­nów, innych komó­rek gle­jo­wych i naczyń krwio­no­śnych.

2.3.2 Astrocyty

Jak wia­domo, gwiazdy na nie­bie to ogromne kule gazowe. A jed­nak w wielu kul­tu­rach ryso­wane są z pię­cioma, sze­ścioma lub sied­mioma ramio­nami, zapewne z powodu dyfrak­cji świa­tła w atmos­fe­rze lub -?po pro­stu - astyg­ma­ty­zmu obser­wa­tora. Podo­bień­stwu do takich wie­lo­ra­mien­nych gwiazd zawdzię­czają swą nazwę astro­cyty (komórki gwiaź­dzi­ste), naj­pow­szech­niej­sze z gle­jo­wych.

W wewnątrz­czasz­ko­wym mikro­ko­smo­sie, w któ­rym liczba neu­ro­nów nie jest zna­cząco mniej­sza od liczby gwiazd w galak­tyce, astro­cyty two­rzą nie­mal wszech­świat rów­no­le­gły. Cho­ciaż zale­d­wie 25 lat temu uwa­żano je jedy­nie za swo­iste rusz­to­wa­nie, dzi­siaj nie spo­sób nie doce­niać ich zna­cze­nia.

Te komórki w kształ­cie (naj­czę­ściej) gwiaź­dzi­stym pod­trzy­mują mózg, peł­niąc ważną funk­cję w jego skom­pli­ko­wa­nej archi­tek­tu­rze. Poza tym zaj­mują się utrzy­my­wa­niem home­ostazy. Maga­zy­nują i dys­try­bu­ują ener­gię. Bro­nią mózgo­wie przed zewnętrz­nymi ata­kami. Doko­nują recy­klingu neu­ro­prze­kaź­ni­ków. Ota­czają synapsy, zapew­nia­jąc poprawne dzia­ła­nie sys­temu trans­mi­sji. Lista ich zadań cią­gnie się i cią­gnie.

2.3.3 Oligodendrocyty

Wszy­scy wiel­bi­ciele hi-fi -?jak nazy­wano kie­dyś wysoką jakość odtwa­rza­nia muzyki -?wie­dzą, że kable łączące odtwa­rzacz ze wzmac­nia­czem i wzmac­niacz z gło­śni­kami muszą być dobrze izo­lo­wane, by wier­nie prze­ka­zy­wać czę­sto­tli­wo­ści i nie odbie­rać zakłó­ceń. Zdaje się, że wie­dzą o tym rów­nież oli­go­den­dro­cyty (komórki ską­po­wy­pust­kowe, o "nie­wielu gałę­ziach"), któ­rych zada­nie na tym wła­śnie polega: izo­lo­wać aksony, tak by trans­mi­sja impul­sów elek­trycz­nych prze­bie­gała pra­wi­dłowo.

Nie jest to byle jakie zada­nie. Każdy z oli­go­den­dro­cy­tów może bez trudu połą­czyć się z pięć­dzie­się­cioma róż­nymi neu­ro­nami, pokry­wa­jąc aksony osłoną zro­bioną z wielu nało­żo­nych na sie­bie warstw mie­liny -?mie­sza­niny tłusz­czów i bia­łek, która zmie­niła bieg ewo­lu­cji. Jeśli dzi­siaj możemy cie­szyć się szyb­ko­ścią trans­mi­sji neu­ro­no­wych impul­sów elek­trycz­nych na pozio­mie 200 metrów na sekundę, to dla­tego, że na osią­gnię­cie tej jako­ści hi-fi pozwala akso­nom otoczka mie­li­nowa wytwa­rzana przez oli­go­den­dro­cyty.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki