Gilyn į smegenis

Šiuolaikinis mokslas tikisi, kad gilinantis į atskiras nervines ląsteles pavyks surasti atsakymus į svarbiausius klausimus apie smegenis: kaip atpažinti sveiko žmogaus ir sergančio šizofrenija, autizmu ar Alzheimerio liga smegenų sandaros skirtumus, kaip suprasti, iš kur kyla šie sutrikimai, ir kaip padėti įvairiomis psichikos ligomis sergantiems žmonėms.

I

Mokslininkai dabar tiek daug žino apie smegenis, jog lengva pamiršti, kad daugiausia žmonijos istorijoje trūko supratimo, kaip funkcionuoja šis organas ar net kam jis reikalingas. Antikos gydytojai manė, kad smegenis sudaro gleivės. Aristotelis buvo įsitikinęs, kad jos reikalingos širdies karščiui nuraminti. Nuo tada iki Renesanso anatomai autoritetingai tvirtino, kad mūsų pojūčius, jausmus, mąstymą ir elgesį sužadina gyvūninės sielos – paslaptingi, nepažinūs mūsų galvos ertmėse sūkuriuojantys ir po visą kūną besisklaidantys garai.

XVII a. prasidėjusi mokslinė revoliucija pakeitė šį supratimą. Anglų gydytojas Tomas Vilisas (Thomas Willis) pripažino, kad pyrago kremą primenantis smegenų audinys lemia mūsų protinę veiklą. Siekdamas suprasti jos principus T.Vilisas tyrinėjo avių, šunų ir mirusių pacientų smegenis, taip sukurdamas pirmuosius tikslius smegenų žemėlapius. Prireikė dar viso šimtmečio, kad tyrėjai suvoktų, jog smegenys yra elektrinis audinys. Po jas ir visą kūno nervinę sistemą sklinda ne gyvūninės sielos, o elektros impulsai.

II

Šių laikų smegenų tyrimai gerokai pasistūmėję į priekį. Neurobiologas Džefas Liktmanas (Jeff Lichtman), kuriam neseniai buvo suteiktas Harvardo profesoriaus vardas, kartu su bendradarbiais kuria nepaprastai tikslius trimačius neuronų vaizdus. Apdorotus pelės smegenų gabalėlius deda į mėsos pjaustyklę primenantį neuroanatomijos prietaisą, kuriuo audinys supjaustomas tokiais plonais sluoksniais, kad kiekvienas yra plonesnis nei tūkstantoji žmogaus plauko dalis. Visus skerspjūvius mokslininkai fotografuoja elektroniniu mikroskopu, paskui kompiuteryje juos sudeda kaip kūgį, ir išryškėja trimatis vaizdas.

Vienintelė problema – kad visko yra neaprėpiama daugybė. Kol kas didžiausias pelės smegenų kiekis, kurį D.Liktmanui pavyko atkurti, yra maždaug druskos kruopelės dydžio. Vien iš jo gauti duomenys sudaro šimtą terabaitų, tokį patį duomenų kiekį gautume sudėję 25 000 raiškiųjų filmų. Atminties talpa, reikalinga žmogaus smegenų vaizdui gauti – 1,3 mlrd. terabaitų (beveik pusė dabartinės pasaulio skaitmeninės atminties talpos).

III

Kitą nuostabų smegenų tyrinėjimo būdą išrado Stanfordo neurobiologas ir psichiatras Karlas Daizerotas (Karl Deiseroth), kuris pasiūlė šviesos nepraleidžiančius junginius smegenyse pakeisti skaidriomis molekulėmis. Pritaikius šį būdą pelės smegenys tampa skaidrios, o tada į jas galima įšvirkšti švytinčių cheminių žymenų, kurie jungiasi su konkrečiais baltymais ar žymi neuronus jungiantį kelią. Skaidrios smegenys pranašesnės tuo, kad nepjaudami galime pamatyti, kaip jos funkcionuoja.

Norint suprasti, kodėl sutrinka smegenų veikla, būtina suvokti, kaip juose pasiskirsto baltymai. Sergant Parkinsono liga juodojoje medžiagoje esantys neuronai gamina per mažai dopamino. Alzheimerio liga smegenyse išsklaido baltymo raizginius. Tirdami baltymus koduojančių genų veikimą mokslininkai daro prielaidą, kad galbūt daugelio ligų priežastis glūdi būtent smegenų genuose, kurie nutraukia darbą arba klaidingai įsijungia.

IV

Taigi pagaliau mokslininkai gali pademonstruoti, kaip iš tiesų jungiasi neuronai. Bet tai dar toli gražu ne viskas. Didinga vizija – nuodugniai išsiaiškinti, kaip iš tiesų funkcionuoja šis ypač sudėtingas organas – bus įgyvendinta dar negreitai. Tačiau yra viena tyrimo šaka – smegenų ir kompiuterio sąsajos, kur protinės veiklos fiksavimas jau daro teigiamą įtaką žmonių gyvenimui.

JAV neurobiologai tikisi sukurti galingas, saugias ir lengvai naudojamas žmogaus bei mašinos sąsajas žmonėms, kurių pažeistos stuburo smegenys. Jie negali judėti, nes nebėra jungties tarp smegenų ir kūno. Pritaikę mintimis valdomą mechaninį skeletą mokslininkai tikisi grąžinti galimybę judėti. Tai sunkus išbandymas – į smegenis reikia implantuoti šimtus jutiklių, kuriais į egzoskeletą būtų siunčiamos komandos.

Šiuo metu Brauno universiteto neurobiologas Džonas Donohju (John Donoghue) dirba su beždžionėmis, kurios jau išbandė visam kūnui pritaikytus egzoskeletus. Jei viskas klostysis sėkmingai, abiejų kojų paralyžių turintis žmogus, dėvėdamas panašų įtaisą, nuspirs pirmąjį kamuolio smūgį pasaulio futbolo čempionate, kuris 2014 m. vyks Brazilijoje. Mokslininkai įsitikinę, kad ilgainiui smegenų implantai bus ne mažiau įprasti nei širdies.

Parengta pagal „National Geographic Lietuva“, 2014, Nr. 2

Contact Us