Na początku jest mózg gadzi

Neuron przy zewnętrznym oglądzie zwodzi prostotą, ale gdy próbujemy poznać, zrozumieć i opisać jego funkcje zaczynamy zdawać sobie sprawę z niezwykłej złożoności. Przy tym nie można rozważać działania pojedynczego neuronu w oderwaniu od innych. Problemem jest poznanie i zrozumienie ich zróżnicowania i specjalizacji w analizach efektu działań zespołów komórkowych.

Neurony otoczone są komórkami glejowymi (od gr. „klej") stanowiącymi około 90% substancji mózgu. W zasadzie komórki glejowe spełniają funkcje pomocnicze (odżywcze, izolacyjne, podporowe) w stosunku do neuronów. Pełnią swojego rodzaju służbę przy neuronach, np. oligodendrocyty owijając się wokół aksonów tworzą izolację elektryczną, astrocyty — niewielkie gwiaździste z wieloma małymi wypustkami — podtrzymują odpowiednie dla neuronów środowisko molekularne i jonowe wchłaniając zbyteczne cząsteczki i dostarczając potrzebne. Ale nowsze badania wykazują, że komórki glejowe też tworzą sieci połączeń i wymieniają między sobą oraz z neuronami informacje, tyle tylko, że są one natury chemicznej, a nie chemiczno-elektrycznej jak w przypadku neuronów. Oznacza to, że komórki glejowe również aktywnie uczestniczą w procesach uczenia się i przechowywania informacji. Mimo że wiemy więcej, to do wyjaśnienia zrobiło się dalej.

Układ nerwowy

Mózg jest zwieńczeniem układu nerwowego, który uczestniczy w rejestrowaniu, przekazywaniu i analizie napływających pobudzeń oraz bierze udział w realizacji prawidłowych reakcji adaptacyjnych na zmieniające się warunki świata zewnętrznego i środowiska wewnętrznego. Mózg potrafi magazynować i przetwarzać informacje, samemu pozostając ślepym, głuchym i nieczułym. Wszystkie dane otrzymuje przez kanały sensoryczne z układów nerwowych. Z układu ośrodkowego (centralnego) za pośrednictwem narządów zmysłów: dotyku, wzroku, słuchu, węchu i smaku ze świata zewnętrznego oraz z układu obwodowego (zwanego też autonomicznym lub wegetatywnym), z wnętrza organizmu przez zakończenia czuciowe. Bodźce te są przyczyną reakcji odruchowych, których podłożem fizjologicznym jest łuk odruchowy. Łuk odruchowy składa się z drogi doprowadzającej, która przewodzi pobudzenia od receptora do ośrodka scalającego (jakim jest rdzeń kręgowy i wyżej mózg) oraz drogi odprowadzającej, przenoszącej pobudzenia do narządu wykonawczego (mięśni, gruczołów wydzielania).

Ewolucji biologicznej towarzyszy systematyczny wzrost złożoności organizmów, ale obserwując budowę mózgu i ośrodkowego układu nerwowego dostrzegamy, w jak wielkim stopniu jesteśmy spadkobiercami naszych przedkręgowych przodków. Pierwotny zwój nerwowy był rurowatym wpukleniem skóry zewnętrznej, składającym się z tkanki nerwowej otaczającej jamę wypełnioną płynem. Podstawowy schemat unerwienia ciała, widoczny u strunowców, w ewolucyjnym rozwoju dziedziczą wszystkie gatunki kręgowców, z człowiekiem włącznie. Ten podstawowy schemat to cewa nerwowa biegnąca wzdłuż ciała i rozrastająca się do mózgu w jego przednim końcu. Na całej długości cewy występują nerwy, które łączą z nią, w możliwie najprostszy sposób, najbliżej połączone części ciała. Z ludzkiego mózgu wychodzi 12 par nerwów czaszkowych. Nerwy czaszkowe mają charakter doprowadzający, wyprowadzający lub są kombinacją obu typów.

Z 26 kręgów rdzeniowych wychodzi 31 nerwów. Wiele z nich łączy się potem w sploty. Po obu stronach kręgosłupa istnieje po pięć splotów. Najsławniejszy z nich to splot słoneczny, stanowiący część współczulnego układu nerwowego. Splecione nerwy rozgałęziają się, łączą i ponowne rozdzielają, tworząc coraz to mniejsze wiązki (co komplikuje zadanie prześledzenie drogi i celu, do którego zmierzają). Ogólny ich schemat jesteśmy w stanie uchwycić dzięki wielu latom doświadczeń chirurgów. Jak pisze Anthony Smit: „Nie ma innych większych połączeń pomiędzy 1,5 kilogramami mózgu i 28 gramami rdzenia a resztą sieci nerwowej. Otrzymywane informacje i wysyłane instrukcje niemal w całości podążają wymienionymi 12 nerwami czaszkowymi lub 31 nerwami rdzeniowymi. Spośród 43 (par) nerwów 3 są wyłącznie odbiorcze (czuciowe), 6 wyłącznie wykonawczych (ruchowych), a reszta, czyli 34 wysyłają i odbierają. Właśnie przez te 37 dróg czuciowych ośrodkowy układ nerwowy dowiaduje się o sytuacji, a przez 40 wysyła do mięśni bodźce, wynikające z tych obserwacji". Nie wyczerpuje to tematu unerwienia ciała. Istnieje jeszcze autonomiczny układ nerwowy z łańcuchem zwojów. Są też inne sploty z rozgałęzieniami pozwalającymi na łączenie wszystkich części ciała z mózgiem. Ale nas w tym króciutkim szkicu najbardziej interesuje to, co mamy w głowach.

Wiele czynności odbywa się bez udziału wysoko wyspecjalizowanych ośrodków w półkulach mózgowych. Oddychamy, przystosowując częstotliwość oddechu do potrzeb aktualnych potrzeb organizmu, czynne są ruchy przewodu pokarmowego, trwa regulacja szarości naczyń krwionośnych, wydziela się ślina, powstaje pot, obkurcza się śledziona, gruczoły zwiększają lub zmniejszają wydzielanie i wykonywane są inne — choć nie wszystkie — prace utrzymania stałego środowiska wewnętrznego. Zawdzięczamy je obwodowemu układowi nerwowemu, składającemu się w istocie z dwu systemów, współczulnego i przywspółczulnego. Układy są sobie przeciwstawne. Każdej funkcji układu współczulnego przeciwstawia się funkcja przywspółczulnego. Gdy działanie jednego z układów przyspiesza bicie serca, to drugi je spowalnia. Układ autonomiczny działa na zasadzie ściągania i popuszczania, wagi i przeciwwagi, pociągania w jedną lub drugą stronę. Obie struktury stanowią odrębne jednostki, kontrolowane przez odrębne okolice mózgu i wychodzą poprzez inne odcinki rdzenia kręgowego. Układ współczulny sterowany jest głównie przez podwzgórze mózgu i rdzeń przedłużony, a układ przywspółczulny podlega kontroli śródmózgowia, mostu i rdzenia przedłużonego. Wszystkim, co pozostaje pod kontrolą tych dwóch układów steruje 4,5 gramowe podwzgórze.

Podwzgórze także kieruje przysadką, a ta kontroluje nadnercza. Zasadniczo zarządza ono wszystkimi funkcjami organizmu, które nazywa się prymitywnymi, jak przemiana tłuszczów, przemiana węglowodanów (cukrów), regulacja ilości wody i odczuwanie pragnienia, sen i czuwanie, wzrastanie, cykle układu rozrodczego, łaknienie, sterowanie temperaturą, zmiany średnicy naczyń krwionośnych, wydzielanie w przewodzie pokarmowym, w znacznym stopniu — zachowania, emocje. ^{[ 5 ]}

Istota stawania się istotą

Maleńka komórka, stanowiąca główkę plemnika, zagnieżdża się w ogromnej komórce jajowej. Powstaje blastula, a później gastrula. Jak daleko od niej do układu nerwowego przyzwoitego ssaka, o człowieku nie wspominając. Ale już wtedy, podczas procesu wytwarzania trzech pierwotnych blaszek płodowych — ektodermy, mezodermy i endodermy zaczyna być widoczną płytka nerwowa. Wszystkie komórki na początku mają taki sam potencjał, ale wraz z rozwojem następuje ich zróżnicowanie i postępujące ograniczenie. Płytka nerwowa składająca się ze 125.000 komórek jest już neuroektodermą przeznaczoną wyłącznie do stworzenia pewnej części układu nerwowego.

Płytka w drodze zawinięcia (wpuklenia) przekształca się w rurkę — cewę nerwową. Komórek przybywa, początkowo są uniwersalne (macierzyste), ale wraz z postępującym zróżnicowaniem stają się coraz bardziej przypisane do miejsca i funkcji. Cewa staje coraz grubszą szczególnie na jej głowowym końcu, ale po 8,5 dniach u kurczaka i 4 miesiącach u człowieka ten proces ulega zatrzymaniu.

Zaczyna się fascynujący proces, gdy rozmaite komórki przemieszczają się, zmieniają swe kształty i wielkości, a odnajdując miejsce przeznaczenia stają się całkowicie zdeterminowane. Nie wiemy, na jakiej zasadzie komórki odnajdują drogę do miejsca przeznaczenia. Wiemy, że układ nerwowy jest najprecyzyjniej ukształtowaną tkanką ustroju. Proszę tylko wyobrazić sobie wędrówkę aksonu z oka do komórki docelowej z drugiej strony mózgu. Aksony często przybywają na miejsce wcześniej od neuronu, z którym mają się połączyć. Te, które nie nawiążą właściwych powiązań — „popełniają samobójstwa" i znikają. Takich „wędrówek" — całych komórek, czy tylko ich wypustek — w procesach okresu rozwojowego są miliardy. Wiemy, że budowę i wzrost tych struktur determinują chemiczne sygnały pochodzące z zewnątrz oraz — coraz bardziej — z wewnątrz, z usamodzielniającego się organizmu. Ale antropomorfizując — nadal ważnym jest pytanie, skąd one wiedzą, dokąd zmierzać i dlaczego tak rzadko przy tym się mylą? Ludzki embrion po trzech tygodniach mierzy około trzech milimetrów, po jedenastu na szczycie kolumny kręgosłupa uwidacznia się wyraźna wypukłość, a po pięciu miesiącach widać w ogólnych zarysach główne części mózgu.

Z najważniejszym aspektem budowy mózgu — jego wewnętrznymi połączeniami spotykamy się późno w rozwoju płodu. Synapsy między neuronami zaczynają się formować około siódmego miesiąca rozwoju. Dalej, jak pisze Susan Greenfield: Dziewięć miesięcy po zapłodnieniu większość neuronów, które w przyszłości uformują nasz mózg, trafia do przypisanych im obszarów. Po dotarciu do miejsca swojego przeznaczenia każdy z nich „zapuszcza korzenie" i zaczyna porozumiewać się z sąsiadami, by wespół z nimi stworzyć sieć połączeń synaptycznych. W nowym mózgu neurony nieprzerwanie „wypuszczają" aksony w celu połączenia się z innymi. Spektakularny wzrost wielkości mózgu uwarunkowany jest właśnie procesami rozwoju międzyneuronalnych złącz komunikacyjnych, a nie wyłącznie wzrostem samych neuronów. Wybitny amerykański badacz mózgu dzieci i nastolatków bezinwazyjną metodą MRI Jay Giedd napisał: „W wieku sześciu lat osiąga on już 95 % swego dorosłego rozmiaru. Ale substancja szara, myśląca część mózgu, w okresie dzieciństwa nadal się zagęszcza, w miarę jak rozwijają się połączenia komórek nerwowych - trochę jak w przypadku drzewa, na którym pojawiają się nowe gałęzie i rozwidlenia. W korze czołowej, a więc na obszarze odgrywającym kluczową rolę przy formułowaniu, organizacji, strategii proces przyrostu substancji szarej osiąga szczytową wartość w wieku około 11 lat u dziewczynek i około 12 lat w przypadku chłopców, mniej więcej w okresie dojrzewania". Czyli mózg nastolatka nie jest wcale lepiej ukształtowany jak jego ciało.

Jak z powyższego wynika żaden mózg nie jest do końca zaprojektowany, a i biochemia też do końca nie determinuje jego budowy. Dlatego nawet bliźnięta jednojajowe różnią się od siebie, a każdy człowiek jest jedyną i niepowtarzalną jednostką. Wytworem materialnego mózgu jest niematerialny umysł wraz z najbardziej oczywistą i najbardziej tajemniczą jego cechą, jaką jest świadomość. Czyli samowiedza o naszym istnieniu oraz o tym, co aktualnie w naszym umyśle się dzieje. A kiedy uzyskujemy świadomość? Jakby nie spekulować, to chyba nie przed pojawieniem się synaps; ale czego miałaby dotyczyć świadomość płodu? Może wraz z procesem narodzin? Czy wówczas świadomość wcześniaków i świadomość urodzonych w terminie jest taką samą? A może dopiero w jakiś czas po urodzeniu? Po roku, dwu, trzech, a może jeszcze później? Fizjologia na to pytanie nie potrafi jeszcze udzielić odpowiedzi, choć filozoficznie jest ono niesłychanie ważkie.

[ 5 ] Smith w cyt. wyd. pisze: — „rodzi się wątpliwość, czy w ogóle w ustroju jest coś czego nie kontroluje podwzgórze (...), a przy tym jest tak małe, jest kolejną wskazówką, że mózg człowieka jest niepotrzebnie wielki jak na swe zadania, albo też posiada on zdolności dotąd nie wykorzystywane i nie przeczuwane".