Pasak prof. Osvaldo Rukšėno, smegenų veikla yra tokia sudėtinga, kad kuo daugiau sužinai, tuo daugiau klausimų iškyla.
„Vegetarams ateina juodos dienos“, - juokavo Vilniaus universiteto profesorius dr. Osvaldas Rukšėnas, turėdamas omenyje pastarąjį dešimtmetį mokslo pasaulyje įvykusią kone revoliuciją, kai buvo nustatyta, kad augalai, kaip ir gyvūnai, generuoja elektrinius potencialus, valdančius juose įvairius procesus.
Mokslo pasaulyje dabar vyrauja teorija, kad gyvūnų, taip pat ir žmogaus, nervinės ląstelės tarpusavyje „susikalba“ per vadinamuosius veikimo potencialus. Neįsivaizduojamas skaičius elektrinių potencialų generuojami ląstelėse, keliauja iš vienos ląstelės į kitą ir garantuoja mūsų smegenų veiklą.
Kaip veikia smegenys?
„Dabar yra tiesiog technologijų sprogimas - taip sparčiai jos plėtojamos ir suteikia tokių didžiulių pažinimo galimybių, - sakė LŽ Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto (VU GMF) Biochemijos ir biofizikos katedros profesorius dr. O.Rukšėnas. - Kita vertus, smegenys yra tokios sudėtingos, kad kuo daugiau sužinai, tuo daugiau klausimų kyla. Gana gerai žinoma, kaip vyksta atskirų ląstelių procesai, tačiau nervinių ląstelių yra galybė. Dabartinius tyrimus kol kas galima vadinti duomenų kaupimu. Iš tokio horizontalaus lygio pereiti į kitą, didesnį pažinimą, reikia kokybinio proveržio. Galbūt jis labai arti, ir tikėtina, kad suteiks kitokį supratimą kaip veikia smegenys, kaip atskirų neuronų veikla perauga į tokius sudėtingus dalykus kaip sąvokos, mintys, mąstymas.“
XIX amžiaus pabaigoje buvo atskleista, kad smegenys yra sudarytos iš atskirų nervinių ląstelių - nėra vien kažkokia masė, kaip manyta iki tol. Negana to, Charlesas Sherringtonas paskelbė, kad ląstelės tarpusavyje bendrauja per jungtis, vadinamas sinapsėmis. Nors tik po 50 metų akivaizdžiai buvo įrodyta, kad tokios jungtys iš tikrųjų yra, požiūris į smegenų veiklą iš esmės pasikeitė. Pasak prof. O.Rukšėno, tokios aiškios takoskyros galima laukti ir dabar - radikaliai naujo požiūrio į smegenų veiklą.
Pavojingiau už bombą
Mokslininkas neabejoja, kad žmogus, pasiekęs tokį pažinimą, bus pavojingas pats sau. Mokslo istorijoje taip yra buvę. Pavyzdžiui, atominė energija yra puikus energijos šaltinis, tačiau atominė bomba - baisus dalykas.
„Smegenų veiklos pažinimas gali būti dar pavojingesnis, nes iškils grėsmė tam, kas yra brangiausia ir intymiausia žmogui - jo mintims. Jei bus pradėta skaityti mintis tikrąja to žodžio prasme, ateis labai nelinksmi laikai, nes žinant, kokia yra žmogaus prigimtis, akivaizdu, kad tai bus panaudota ir blogam, - kalbėjo biofizikas. - Man, kaip specialistui, labai smalsu, kada ir kaip tai įvyks, bet kaip žmogus tuo visiškai nesidžiaugiu.“
Neatidarius kaukolės
Dabartinės moderniosios technologijos jau leidžia tirti smegenų veiklą neinvaziniais metodais. Smegenų aktyvumas registruojamas magnetine įranga, todėl galima tirti ir žmogų, nes nereikia atidaryti kaukolės. Pasak tyrėjo, tai labai svarbu, nes daugeliu atvejų žmogus išlieka budrus ir jam galima pasakyti, ką turi daryti, galvoti. Kitas dalykas, tokie metodai leidžia vertinti visą smegenų veiklą. Alternatyviu metodu, kai į smegenis bedami mikroelektrodai, tiriamas atskirų neuronų aktyvumas. Tyrimas teikia labai išsamią informaciją ląstelės lygiu, bet žinant, kiek tų ląstelių smegenyse yra, sunku apibendrinti, kaip visos smegenys veikia vienu metu. Ypač kai kalbama apie tokias sudėtingas kognityvines funkcijas kaip atmintis, mokymasis, emocijos ir pan.
„Naujieji metodai leidžia įvertinti, koks yra smegenų aktyvumas atliekant kokias nors užduotis vienu konkrečiu momentu ir kaip jis keičiasi per tam tikrą laiką. Tai didžiulis pranašumas, nes iš atskirų neuronų aktyvumo sunku nuspręsti, kaip bus, - sakė prof. O.Rukšėnas. - Žinant, kokios smegenų sritys už ką yra atsakingos, galima spręsti, kurios sritys pirmiau aktyvuojasi, kurios - vėliau, t. y. kokia seka suformuojamos komandos, kas pradeda kurį nors veiksmą, kas pabaigia, kokie vyksta tarpiniai veiksmai. Visa tai leidžia netiesiogiai, kitaip tariant, neatidarius kaukolės, vertinti, kas vyksta smegenyse.“
Keičiant požiūrį
Šiemet prestižiškiausiame mokslo žurnale „Nature“ buvo išspausdintas darbas, kuriame palyginami sveiko žmogaus ir vegetacinio ligonio registruotas smegenų aktyvumas.
Vegetaciniais ligoniais vadinami tokios būsenos pacientai, kai kognityvinių funkcijų nėra arba jos nėra išreikštos. Žmonės visiškai nereaguoja į išorinį pasaulį ir tik pagal tam tikrus matavimus galima nustatyti, kas vyksta jų organizme. „Naujausi tyrimai parodė, kad vegetacinio ligonio smegenų aktyvumas tose pačiose srityse kur kas mažiau išreikštas nei sveiko žmogaus, tačiau jis yra! - pasakojo mokslininkas. - Vadinasi, smegenys ir atitinkamos jų sritys veikia, todėl darytina išvada, kad ligonis girdi, tik negali išreikšti savo požiūrio į tai, ką girdi. Taip pat negalima sakyti, kad jis nemato. Tik smegenyse, matyt, kažkas yra užblokuota. Ši žinia verčia visiškai kitaip pažvelgti į vegetacinius ligonius.“
Pastaruoju metu pasaulyje labai aktyviai plėtojami kognityviniai neuromokslai, tiriantys pažinimo gebėjimus - dėmesį, atmintį, mokymąsi, kūrybingumą. Visiška naujiena - socialiniai neuromokslai, kai ieškoma socialinio elgesio neuroninių pagrindų. Tarkim, kodėl vieni žmonės yra daugiau linkę nusikalsti, kiti - mažiau arba kodėl vieni yra daugiau bendraujantys, kiti - mažiau. Tokie ir panašūs reiškiniai anksčiau buvo vien psichologų sritis, o dabar yra tiriami atskirų smegenų sričių ir net neuronų lygiu.
Moralės kognityviniai mokslai mėgina per smegenų veiklą pagrįsti moralumą - kodėl vieni žmonės labiau moralūs, kiti - mažiau, kaip suprantamas moralumas. Yra nustatytos net konkrečios smegenų sritys, siejamos su ta veikla.
Turime atpažinti
VU GMF Biochemijos ir biofizikos katedroje daugiau kaip 20 mokslininkų įeina į prof. O.Rukšėno vadovaujamą biofizikų ir neurobiologų grupę. Nuo katedros sukūrimo 1962 metais mokslininkai tiria nervų sistemą ir tie tyrimai yra gana įvairūs.
Viena tiriamų temų - vaizdų simetriškumas ir panašumas, kaip simetriški ar nesimetriški vaizdai veikia atpažinimo laiką, panašūs vaizdai - palyginimo laiką. Pasak mokslininko, atpažinimui tai labai svarbu. Kartojant vaizdus sukaupiami tyrimų atsakymai. Tikrame gyvenime vaizdai juk keičiasi, tačiau žmogus juos atpažįsta. Vadinasi, atpažinimo sistema veikia labai efektyviai. Tikrovė sudaryta iš atskirų objektų ir mes ją turime atpažinti.
Prieš kelerius metus pradėta labai įdomi tyrimų sritis - dviprasmių vaizdų atpažinimas. Klasikinis dviprasmio vaizdo pavyzdys - nupiešta vaza arba du veidai profiliu. Ilgai žiūrint į tokį piešinį, vaizdas ima kaitaliotis: žmogus mato tai vazą, tai veidus.
„Neaišku, kodėl taip yra, nes fiziškai linijos juk yra tos pačios, receptoriai gauna tą patį sužadinimą, o suvokiama skirtingai, - kalbėjo biofizikas. - Įdomu, kokie procesai vyksta tuo metu smegenyse, kaip keičiasi dviprasmių vaizdų dažnis ir kiek matymas priklauso nuo lyties ar vadinamosios žmogaus atpažinimo strategijos.“
Padės medikams
Žmogaus elektrofiziologijos grupės, bendradarbiaujančios su Respublikine Vilniaus psichiatrijos ligonine, darbo kryptis - įvairių ligų, pavyzdžiui, šizofrenijos, diagnostinių žymenų paieška. Tokias psichiatrines ligas sunku diagnozuoti, ypač kai yra ankstyvoji jų stadija. Kitas dalykas, nėra objektyvių, labai aiškių požymių, leidžiančių pripažinti ligą, kaip būna, tarkim, apendicito atveju.
Doc. Aido Alaburdos grupė vienintelė Lietuvoje dirba centrinės nervų sistemos neurofiziologijos srityje. Mokslininkai tiria atskirus neuronus tiesioginiu metodu. Į gyvūnų, konkrečiau, vėžlių, nugaros smegenis bedami mikroelektrodai ir tiriamas judesių organizavimas. Neseniai doc. A.Alaburdos darbas buvo išspausdintas viename prestižiškiausių mokslo žurnalų „Science“.
Pasak prof. O.Rukšėno, ši tyrimų grupė yra labai perspektyvi, nes išsiaiškinus, kaip organizuojamos už motoriką atsakingos neuronų grandinės, galima ieškoti sprendimų, kaip padėti paralyžiuotam žmogui, kuriam buvo pažeistos nugaros smegenys.
Kaip mato akis
Prof. O.Rukšėnas daugelį metų neurofiziologiškai tiria regos sistemą ir 12 metų bendradarbiavo su Oslo universitetu. Ten buvo tiriama kačių regos sistema ir smegenų požievis, konkrečiau, gumburas. Ši smegenų dalis apdoroja visą jutiminę informaciją, gaunamą iš akių, ausų, odos, ir tik po to perduoda į smegenų žievę.
Vienas įdomesnių darbų, publikuotas rimtame mokslo leidinyje, buvo skirtas regos recepcinių laukų tyrimams. Recepciniu lauku vadinama sritis, kurią padirginus neuronas reaguoja. Tyrimų rezultatai parodė, kad regos recepciniai laukai esant ramybės būsenai, kol nieko nematome, yra dideli ir persiklojantys. Kai tik akis ką nors pamato arba, tiksliau, vienam recepciniam laukui kas nors parodoma, visi recepciniai laukai susitraukia. Kodėl?
„Kai didelis recepcinis laukas, tai maža skiriamoji erdvinė geba, kitaip tariant, ji gali išskirti tik stambius dalykus, - aiškino mokslininkas. - Kai laukai sumažėja, gali išskirti smulkias detales. Pasirodo, tokie pokyčiai vyksta per maždaug 70-90 milisekundžių: recepcinis laukas iš didelio pasidaro mažas, tarsi nuskaito, ką mato, ir vėl išdidėja.“ Toks gana naujas dalykas ne tik turės įtakos kitiems moksliniams darbams, bet tikimasi ir didelių pritaikymo galimybių.
Evoliucijos mįslės
Psichofizikos srityje tradiciškai tiriama reakcija į kokio nors dirgiklio pasirodymą. Prof. O.Rukšėno grupė į šį tyrimą pažvelgė kiek kitaip - pamėgino išmatuoti reakcijos laiką, kai dirgiklis pašalinamas. Pavyzdžiui, monitoriuje ilgai rodoma dėmė staiga išnyksta. Pasirodo, kad į dirgiklio pašalinimą reaguojama kur kas greičiau nei į jo pasirodymą, nors, pasak mokslininko, iš evoliucijos pozicijų žiūrint, turėtų būti atvirkščiai. Gyvybiškai kur kas svarbiau sureaguoti į dirgiklio pasirodymą, nes tai gali grėsti gyvybei. Reakcija į garsinio dirgiklio pašalinimą yra lėtesnė, kaip ir tikėtasi. Kodėl yra kitaip regos dirgiklių atveju, mokslininkai dabar ir mėgina nustatyti.
Jau keleri metai tiriama palyginti nauja psichofiziologijos tema - lytinių steroidų įtaka moterų kognityvinėms funkcijoms. Tyrimai, pasak prof. O.Rukšėno, turi didelių perspektyvų, nes galėtų pagerinti moterų gyvenimo kokybę.
„Apskritai vyrų ir moterų smegenų skirtumai yra tik mozaikiniai, - pabrėžė mokslininkas. - Galbūt vienoje srityje moterys yra gudresnės, kitoje - vyrai, bet summa summarum yra paritetas ir negalima sakyti, kad kas nors nusveria. O jei pažvelgtume atskirų neuronų lygmeniu, akivaizdu, kad ir potencialai vienodai generuojami.“
Kitaip - apie augalus
Augalų elektrofiziologijos grupė VU GMF Biochemijos ir biofizikos katedroje buvo įkurta prieš keliasdešimt metų, beveik tuo pat laiku, kai ir pasaulyje pasirodė pirmieji darbai šioje srityje. Nors pradžioje tyrimai buvo vertinami gana skeptiškai, dabar jie, pasak mokslininko, - tiesiog ant bangos, nes pastarąjį dešimtmetį augalų fiziologijos mokslas, galima sakyti, sukėlė sprogimą. Rengiamos konferencijos, pasauliniai kongresai, buvo įkurtas net atskiras mokslo žurnalas. „Nors augalai atskirų nervinių ląstelių neturi, augalinėse ląstelėse susidarantys ir keliaujantys elektriniai potencialai labai primena mūsų nervų sistemos veiklą, - pasakojo biofizikas. - Tie elektriniai potencialai augalinėmis ląstelėmis sklinda daug kartų greičiau negu hormonai, reguliuojantys visą augalų gyvenimą, vadinasi, gali labai greitai reaguoti. Nustačius, kad augaluose taip pat egzistuoja tokie potencialai ir atlieka tokią pat reguliavimo funkciją kaip ir gyvūnų organizmuose, tenka iš esmės keisti požiūrį į augaliją.“
Jei turi „mąstytuvą“
Augalų fiziologijos srityje vilniečiai bendradarbiauja su Minsko universitetu, kitose srityse - su Helsinkio, Kopenhagos, Oslo, Oksfordo, Maskvos M.Lomonosovo, Kijevo T.Ševčenkos, Kalifornijos universitetais.
„Techniškai esame labiau riboti nei turtingos Vakarų šalys, bet nuo žaislų, kaip aš vadinu, mąstytuvas nepriklauso, - juokėsi prof. O.Rukšėnas. - Jei galvos neturi, gali apsiversti moderniausia aparatūra ir vis tiek nieko nepadarysi, nes neturėsi idėjų. Įvertinant, kokiomis sąlygomis mes išgyvenome ir gyvename, galima sakyti, kad esame gana gyvybingi.“
Milda Kniežaitė
