Viena JAV dirbančio lietuvių mokslininko tyrinėjimų sričių – minčių skaitymas, rašo „Lietuvos žinios“.
„Skrenda du krokodilai: vienas - žalias, kitas - į kairę.“ Atrodytų, smagus pokštas, tačiau jis, dr.Giedriaus Buračo manymu, atskleidžia labai svarbią mokslo problemą, kurios sprendimas iki šiol nežinomas.
„Viena smegenų sritis perteikia spalvą, kita - formą ar judėjimo kryptį, tačiau kaip visi šie skirtingi požymiai sujungiami į vieną objektą, nes juk matome ne atskirus požymius, bet visumą, t.y. visus tuos požymius turinčius objektus?!“ - retoriškai klausė Kalifornijos universiteto San Diege (JAV) mokslininkas.
Viena iš hipotezių - kad neuronai, esantys gretimose smegenų žievės regos srityse, sujungia tuos požymius sinchroniškai reaguodami. Sinchronizacijos valdymui labai svarbus yra dėmesys, būtent jo selektyvumas. Kai dėmesys kreipiamas į kurią nors regos lauko dalį, iš jos ateinanti informacija analizuojama, o visa kita nuslopinama.
Dr.G.Buračo disertacijos tema ir buvo dėmesio mechanizmai. Mokslininkas Salk institute atliko nemažai eksperimentų su beždžionėmis, o dabar tyrimus tęsia Kalifornijos universiteto Magnetinio rezonanso centre.
Likimas - šunbeždžionės rankose
„Smegenų žievėje esantys neuronai atlieka visas svarbiausias informacijos apdorojimo operacijas ir kiekviena nedidelė žievės dalis - skirtingą funkciją. Tarkim, regos informacija įeina pro akių tinklainę ir optiniu nervu nukeliauja į pirminę regimosios smegenų žievės sritį pakaušyje. Ten projektuojamas į nedidelį žievės plotelį ir tas plotelis atvaizduoja viską, ką mato mūsų akis, - pasakojo pašnekovas. - Galima akį įsivaizduoti kaip kamerą - vaizdas į regos žievę keliauja tarsi į televizorių. Vėliau informacija eina į tolesnes sritis ir kiekviena iš jų, jau antrinių, analizuoja nebe visą vaizdą, o atskirus jo aspektus.“
Norint geriau suprasti, kaip funkcionuoja žmogaus smegenys, atliekami eksperimentai su gyvūnais, iš kurių tinkamiausios yra beždžionės - artimiausi mūsų giminaičiai. Su žmonėmis negalima eksperimentuoti dėl etinių priežasčių. Neurobiologijos tyrimai daugiausia atliekami su šunbeždžionėmis.
Mokslininkas pripažino, kad su beždžionėmis dirbti buvo nepaprastai sunku. Jos turėdavo išmokti atpažinti tam tikrą spalvos ir judėjimo krypties kombinaciją ekrane. Mokymas trukdavo apie metus, o dar tiek - eksperimentai. Beždžionės labai įnoringos ir gali tiesiog nenorėti mokytis daryti to, ko reikia eksperimentui. Tada eksperimentas neįvyks. Tyrėjo likimas - beždžionės rankose.
„Tuo metu jau buvo pasirodę darbų, kurie atskleidė spalvą koduojančioje smegenų srityje dėmesio efektus. Neuronai regimojoje srityje yra gana tylūs. Jie pradeda reaguoti, kai regimojo lauko dalyje pasirodo koks nors vaizdas. Spalvą koduojančios srities neuronai jautriausiai reaguodavo į tam tikrą spalvą. Jeigu beždžionė atkreipia dėmesį į ekrane pasirodantį tam tikrą objektą ir registruotas iš spalvos srities neuronas reaguodavo stipriai, o jeigu beždžionei reikėdavo kreipti dėmesį į kitą ekrano pusę, bet vis tiek pasirodydavo tas objektas, neuronas reaguodavo, bet reakcija be dėmesio yra visada mažesnė. Dėmesys sustiprina neuronų reakciją, - sakė G.Buračas. - Mano daktaro disertacijos tema buvo dėmesio efektai judesį koduojančioje srityje.“
Be nuotraukų
Amerikoje yra kelios kolonijos, kur beždžionės veisiamos specialiai eksperimentams. Kalifornijos universiteto šunbeždžionės auginamos tokioje kolonijoje, kad galėtų būti būryje. Beždžionės yra socialiniai gyvūnai kaip ir žmonės. Joms svarbu gyventi kartu.
Beždžionių, su kuriomis atliekami eksperimentai, nuotraukos nepublikuojamos. Gyvūnų teisių ekstremistai užsipuola mokslininkus dėl tokių tyrimų. Pašnekovo įsitikinimu, žmonės, kurie yra taip griežtai nusiteikę prieš tokius eksperimentus, pirmiausia turėtų atsisakyti naudoti vakcinas ir rinktis riziką susirgti cholera, maru ar kitomis baisiausiomis ligomis, nes tokios vakcinos yra išrastos būtent per eksperimentus su gyvūnais. Tokie eksperimentai padėjo sukurti daugybę vaistų, tarp jų - aspiriną, ir išgydyti daugybę ligų.
„Humaniško elgesio su gyvūnais esmė - kad jie nepatirtų skausmo ir nejaustų diskomforto, - kalbėjo mokslininkas. - Per elektrofiziologinius eksperimentus reikėjo į makakų smegenis suleisti elektrodus, kad būtų galima registruoti neuronų aktyvumą. Smegenys nejaučia skausmo, o kaukolė atveriama laikantis labai griežtų reikalavimų ir gyvulėliai prižiūrimi kaip žmonės. Kai buvau mokomas atlikti tokias operacijas, maniau, kad Amerikoje beždžionių operacijoms išleidžiama daugiau lėšų, nei tuo metu jų buvo skiriama Lietuvoje žmonėms. Viskas idealiai sterilu, geriausi vaistai ir aparatūra; gyvūnams skiriama daugiau dėmesio nei daugelyje šalių žmonėms.“
Vis dėlto vėliau G.Buračas perėjo į magnetinio rezonanso sritį, nes jam įdomiau tyrinėti žmogų. Tomografija - ne invazinis metodas, nereikia daryti operacijų. Mokslininkas ne kartą buvo savanoriu atliekant tyrimą magnetinio rezonanso tomografu. Pasak jo, šis būdas daug galingesnis, nes leidžia matyti visų smegenų vaizdą, bet nėra toks tikslus. Matomas didelių ląstelių grupių aktyvumas, o per elektrofiziologinius tyrimus galima registruoti atskirų neuronų veiklą.
Per gatvę
„Man pakako kelionės iš Vilniaus į Kaliforniją, o daugiau keliauti nenorėjau, - sakė G.Buračas apie savo mokslinę karjerą. - Be to, iš Kalifornijos labai nesinori išvažiuoti. Manoma, kad ten vienas iš geriausių klimatų planetoje, ir labai gražu.“
Mokslininko istorija gana netradicinė. Jis dar 1989 metais išvažiavo į Ameriką kartu su tėvu. Akademikas Antanas Buračas buvo pakviestas į Amerikos lietuvių rengiamą suvažiavimą Los Andžele kaip sąjūdininkas. G.Buračas atstovavo Lietuvos jaunimo organizacijoms. Taip susiklostė, kad per tą kelionę jaunasis mokslininkas susipažino su Kalifornijos universiteto Los Andžele profesoriumi Algirdu Avižieniu. Sužinojęs, kad Vilniaus universiteto absolventas, biofizikas, jau treti metai dirbantis Puslaidininkių fizikos institute, nori studijuoti kur nors Vakaruose, prof. A.Avižienis patarė išmėginti galimybes Amerikoje.
G.Buračas išlaikė egzaminus į kelis JAV universitetus, tačiau pasirinko neurobiologijos doktorantūros studijas Kalifornijos universitete San Diege. Vėliau paaiškėjo, koks sėkmingas buvo šis pasirinkimas, nes neurobiologijos doktorantūra Kalifornijos universitete San Diege yra laikoma geriausia JAV.
Po studijų G.Buračas įsidarbino nedideliame privačiame Salk institute - tiesiog kitoje gatvės pusėje universiteto, kurį baigė. Salk institute išdirbo dešimt metų, dar penkerius ten bendradarbiavo, o prieš šešerius metus grįžo dirbti į Kalifornijos universiteto Magnetinio rezonanso centrą.
Neurobiologijos mekoje
San Diegas laikomas neurobiologijos meka. Kaip pasakojo pašnekovas, be Kalifornijos universiteto ir Salk instituto, dar yra keli mažesni institutai. Bene didžiausiame pasaulio neurobiologijos centre yra per 100 laboratorijų. Kritinė protų masė labai svarbu bet kurio mokslo raidai.
Salk institutas yra labai jaunas mokslo centras. Buvo įkurtas 1960 metais, bet maždaug per dešimtmetį sugebėjo tapti vienu geriausiu mokslo institutų pasaulyje ir jau daugiau nei 15 metų pirmauja pasaulio biomedicinos tyrimų srityje.
Instituto įkūrėjas medikas Jonas Salkas šeštame praėjusio amžiaus dešimtmetyje išrado vakciną nuo poliomielito. Tuo metu nuo šios ligos kas dešimtas vaikas likdavo invalidu. JAV prezidentas Franklinas D.Roosveltas taip pat sirgo poliomielitu. Taigi vakciną atradęs J.Salkas tapo tautos didvyriu - kaip kadaise Louis Pasteuras Prancūzijoje.
J.Salkas buvo įdomi asmenybė - domėjosi ir mokslu, ir menu. Jo žmona buvo Pablo Picasso priešpaskutinė meilužė Francoise Gilot, vienintelė žymiojo dailininko moteris, nepasidavusi jo gniuždančiai įtakai, nes kitos išprotėjo ar nusižudė. F.Gilot dar gyva ir tapo, o J.Salko podukra mados kūrėja Paloma Picasso yra instituto tarybos narė.
Tie biografiniai faktai, pasak G.Buračo, paaiškina unikalią instituto atmosferą, nes mokslo žmonėms nuoširdžiai rūpi ir kultūros plėtra. J.Salkui pavyko sukviesti dirbti tikrą mokslo elitą ir net kelis žymiausius Nobelio premijos laureatus.
Proto paslapties link
G.Buračui teko nemažai bendrauti su Nobelio premijos laureatu Francisu Cricku (jis mirė 2004 metais), nes tyrimų tema buvo susijusi su jo darbo sritimi Salk institute. F.Crickas, kartu su Jamesu Watsonu atradęs DNR molekulinę struktūrą, dabar lyginamas su Galileo Galilei, Isaacu Newtonu, Albertu Einšteinu ir laikomas svarbiausiu biologijos mokslininku, padariusiu vieną iš dešimties reikšmingiausių antrojo tūkstantmečio atradimų.
„F.Crickas iš pradžių sugebėjo išsiaiškinti gyvybės paslaptis, nes genas, paveldimumas yra susiję su gyvybės esme, o tada nusprendė išsiaiškinti žmogaus intelekto, proto paslaptį, - kuo populiariau pasakojo pašnekovas. - F.Crickas manė, kad svarbiausias dalykas, susijęs su žmogaus intelektu, žmogiška patirtimi, yra tai, kad mes esame sąmoningos būtybės, ir jis bandė suprasti, kaip smegenys sukelia tą sąmoningą suvokimą. Viena iš jo išvadų buvo tokia, kad vienas svarbiausių sąmonės komponentų yra dėmesys, nes tai, į ką mes kreipiame dėmesį, ir užpildo mūsų sąmonę. Pavyzdžiui, jei įdėmiai klausaisi pašnekovo, gali ir neišgirsti pravažiuojančio troleibuso.“
Itin audringas neurobiologijos augimas Amerikoje vyko devintą praėjusio amžiaus dešimtmetį. Jį net JAV prezidentas buvo paskelbęs smegenų dešimtmečiu. Moksliniams tyrimams buvo skirti didžiuliai pinigai. Pažanga buvo tikrai milžiniška ir tvyrojo tokia optimizmo dvasia, kad neurobiologija išspręs visas problemas.
G.Buračo disertacijos viena iš vadovų prof.Patricia Churchland tuo laikotarpiu išleido neurofilosofijos knygą „Neurophilosophy: Toward a Unified Science of the Mind-Brain“ ir buvo apdovanota MacArthur premija, JAV vadinama genijų premija.
„Pat Churchland galima laikyti viena protingiausių dabarties moterų pasaulyje. Ji vadinama neurofilosofijos kūrėja, - sakė pašnekovas. - Jos tezė buvo maždaug tokia: kadangi viską, ką mes suvokiame, atlieka smegenys - ar kasdienybėje, ar mokslo srityje - tuomet filosofija irgi yra smegenų produktas. Jei suprasime, kaip veikia smegenys, žinosime, kada ir kaip jos generuoja bet kokius savo produktus, taigi galėsime sukurti bet kokią filosofijos teoriją. Neurobiologija, anot P.Churchland, nėra labai tolima filosofijai, nes jai rūpi, kaip smegenys kuria mūsų gyvenimo patirtį. Vis dėlto per daug optimistiška būtų teigti, kad filosofija kada nors nebebus reikalinga. Dabar entuziazmas neurobiologijos srityje aprimęs ir žmonės ramiau tęsia pradėtus darbus.“
Bus ir Lietuvoje
Beveik prieš 20 metų buvo atrastas toks įdomus reiškinys. Magnetinio rezonanso vaizduose oksiduotas kraujas (arterijų kraujas turi daug deguonies, venų - mažai) yra ryškesnis. Pasirodo, jei kurios nors nedidelės smegenų dalies veikla smarkiai suaktyvėja, kapiliarai padidins kraujotaką milimetrų tikslumu tik toje vienoje vietoje. Taigi vien matuojant, kur stipresnė kraujotaka, galima sužinoti, kurios smegenų dalys tuo metu yra aktyvios.
G.Buračo netenkino deguonies kiekiu kraujagyslėse grindžiamas funkcinis smegenovaizdos metodas, nes jis neleidžia matyti, kaip tiesiogiai veikia neuronai. Mokslininkas stengiasi sukurti metodą, kuris leistų matuoti smegenų aktyvumą. Kai neuronai reaguoja į įvairius stimulus generuojasi magnetinis laukas, ir tai galima užfiksuoti magnetiniu rezonansu, tačiau reikia nepaprastai jautrios aparatūros.
Magnetinio rezonanso struktūrinis metodas jau seniai taikomas nustatant auglius smegenyse ar tikslią insulto vietą. Jau kuris laikas taikomas ir vadinamasis funkcinis magnetinio rezonanso metodas, kai, pavyzdžiui, gulėdami tomografe ligoniai turi atlikti tam tikrus kalbos uždavinius: ką nors kalbėti ar suprasti kokius nors sakinius. Per tokias kalbos užduotis aktyvuojasi kalbos sritis. Ją svarbu nustatyti tokiais atvejais, kai, tarkim, epileptikui nepadeda vaistai. Tada vienintelis būdas padėti ligoniui yra operacija - daryti pjūvį toje smegenų vietoje, kur priepuolis prasideda. Chirurgui labai svarbu žinoti, kur yra tas židinys, ir taip pat labai svarbu nepažeisti kritinių smegenų žievės sričių, pavyzdžiui, atsakingų už kalbos generavimą. Jei per chirurginį įsikišimą bus pažeistos kalbos sritys, po operacijos žmogus praras gebėjimą kalbėti arba suprasti kalbą.
Funkcinis metodas padeda chirurgams užfiksuoti, kur jiems negalima kištis.
G.Buračas tariasi su vilniečiais kolegomis, kad panašūs tyrimai būtų pradėti ir Lietuvoje, nes magnetinio rezonansų aparatus turi ir Santariškių klinikos, ir Vilniaus medicinos diagnostikos centras.
Mokslininko ryšiai su Lietuva niekada nebuvo nutrūkę. Pavyzdžiui, 2000 metais jis su Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto profesoriumi Osvaldu Rukšėnu Nidoje suorganizavo NATO finansuojamą vasaros mokyklą „Aukštųjų studijų institutą“ regos neurobiologijos tema. Atvyko keliolika garsių neurobiologijos profesorių iš viso pasaulio, tarp jų šeši - kolegos iš Salk instituto. Vasaros mokykloje sukaupta medžiaga buvo išleista atskira knyga.
„Nenorėjau likti Vakaruose ir iki šiol manau, kad dirbu Amerikoje, bet gyvenu Lietuvoje, - sakė pašnekovas. - Atvažiuoju čia kelis kartus per metus. Lietuva man reikalinga ir čia yra visi mano artimiausi žmonės: tėvai, broliai, seserys, giminės, draugai.“
Tik paviršius
Viena iš sričių, kurioje dr.G.Buračas dar tik pradeda dirbti, yra labai įspūdinga - minčių skaitymas. Pasirodo, kad ir ką mes darytume, mintys yra susijusios su tam tikru smegenų aktyvacijos pasiskirstymu. Galima tiesiog skenuoti smegenų aktyvaciją ir bandyti nustatyti, kas gi darosi žmogaus galvoje. Aišku, iškyla klausimas apie privatumą, tačiau pirmi žingsniai minčių skaitymo kryptimi mokslo pasaulyje jau žengti.
„Mano kolegos San Diege įsteigė kompaniją ir bando išplėtoti metodą, kaip taikyti magnetinį rezonansą melo detekcijai, - pasakojo mokslininkas. - Idėja maždaug tokia: kai žmogus meluoja, jis turi sąmoningai nuslopinti informaciją, kurią žino, bet nenori atskleisti. Tos pastangos nuslėpti aktyvuoja papildomą smegenų dalį ir taip galima nustatyti, kad žmogus kažką slepia.“
G.Buračas naujoje tyrimų srityje pasirinko gana paprastą, bet įdomų projektą. Tiesiog rodomi skaičiai ir pagal smegenų aktyvacijos pasiskirstymą mėginama nustatyti, kuris skaičius buvo rodomas. Pasirodo, yra nedidelė smegenų sritis, skirta vien skaičių reprezentacijai, paprasčiau sakant skaičiavimui.
„Tokios pirminės smegenų žievės sritys kaip regos, klausos, lytėjimo ar motorikos yra labai gerai suprastos, bet smegenų žievėje egzistuoja hierarchija. Informacija, apdorota pirminėse srityse, vėliau keliauja papildomų smegenų žievės sričių kaskada. Lažinuosi, - kalbėjo mokslininkas, - kad aiškinantis tos kaskados mechanizmus, atsivers dar sudėtingesni klausimai. Čia tik paviršius. Smegenų mokslas kol kas tik pradeda prisiliesti prie labai sudėtingų klausimų apie žmogaus prigimtį.“
Milda Kniežaitė
