Záhady ľudského mozgu: čo vieme a čomu stále nerozumieme

Ľudský mozog je jedným z najzložitejších systémov, aké poznáme, no napriek pokroku neurológie, psychológie a ďalších kognitívnych vied zostáva jeho fungovanie v mnohých oblastiach záhadou. Najväčšou z nich je, ako môže aktivita neurónov vytvárať vedomú a subjektívne prežívanú skúsenosť.

V mozgu nosíme približne 86 miliárd neurónov a každý z nich môže vytvoriť tisíce spojení s inými bunkami. Mozog nepretržite spracúva informácie, vytvára spomienky, riadi pohyb, vyhodnocuje emócie, plánuje budúcnosť a počas spánku triedi skúsenosti, hoci stále presne nevieme, ako tieto procesy vytvárajú jednotné „ja“.

Prečo je mozog stále takou veľkou záhadou

Vedci tvrdia, že ľudský mozog je zatiaľ najmenej prebádaným orgánom v našom tele. Hoci o ňom vieme stále viac, veľká časť jeho fungovania - najmä v oblasti vedomia, intuície a spracovania emócií - zostáva zahalená tajomstvom.

Niektorí vedci ho dokonca nazývajú „vnútorným vesmírom“ alebo „poslednou hranicou ľudskej vedy“. Funkcia mozgu je ešte zložitejšia záhada ako jeho samotná štruktúra.

Na pochopenie tohto zložitého systému nemáme k dispozícii nič iné ako zase len svoje mozgy. Porozumenie štruktúry mozgu je jednoduchšie ako jeho funkčná kapacita, ktorá je rozmanitá a extrémne zložitá.

Čísla, ktoré ukazujú zložitosť mozgu

V našej hlave nosíme približne 86 miliárd neurónov, ako potvrdila rozsiahla štúdia neurovedkyne Suzany Herculano-Houzel (2009), a každý z nich môže vytvoriť tisíce spojení s inými bunkami. Každý neurón v mozgu je prepojený s desaťtisícami iných neurónov a celkový počet spojov medzi neurónmi sa tak blíži k jednej biliarde - tisícom biliónov.

Najprv l kvantifikácia: 86 miliárd neurónov 85 miliárd ďalších buniek 100 biliónov prepojení. Odhady hovoria o 100 až 500 triliónoch synaptických spojení, čo znamená, že ľudský mozog vytvára sieť zložitejšiu než akákoľvek existujúca počítačová databáza či umelá inteligencia.

Táto sieť dokáže fungovať ako „exascale“ výkonný superpočítač, teda jeden kvintilión, alebo milión kvadriliónov za sekundu. Na tento obrovský výkon využíva len energiu vo výške 20 wattov.

Na druhej strane supervýkonný počítač potrebuje na svoje fungovanie miliónkrát viac energie (20 megawattov). Celková dĺžka tejto komplexnej siete tkaniva je približne 500 000 km.

Signály, ktoré sa vysielajú dosahujú „cestovnú“ rýchlosť približne 431 km za hodinu. Daňou za túto výnimočnosť mozgu je, že hoci zaberá len približne 2% telovej hmoty, skonzumuje až 20% totálnej energie.

Pomerne rozšírený mýtus je, že v mozgu sa nachádza viac neurónov ako hviezd v Mliečnej dráhe. Nie je to pravda. Hviezd je približne od 200 do 400 miliárd, pričom v prípade mozgu sa počet neurónov odhaduje na 86 miliárd.

Ako sa vyvíja mozog počas života

Ľudský mozog sa počas života mení oveľa dramatickejšie, než sa doteraz predpokladalo. Rozšírené tvrdenie, že mozog sa prestane vyvíjať okolo 26. roku života, nie je pravdivé.

Nová rozsiahla štúdia publikovaná v prestížnom časopise Nature Communications identifikovala päť výrazných etáp vývoja mozgu, ktoré sú oddelené štyrmi významnými „zlomovými bodmi“ vo veku 9, 32, 66 a 83 rokov.

Výskumníci analyzovali viac ako 4 200 mozgových skenov ľudí vo veku od narodenia až po 90 rokov. Sledovali, ako sa mení hustota a sila mozgových spojení, ako sa reorganizujú neurónové siete a aké obdobia sú kritické pre vývoj aj úpadok kognitívnych funkcií.

0-9 rokov: prudký rast a vytváranie spojení

Prvým štádiom je infancia. Prvé roky života sú charakterizované prudkým rastom spojení a významnými štrukturálnymi zmenami.

V prvých deviatich rokoch života mozog rastie najrýchlejšie. Je to obdobie, keď sa vytvára obrovské množstvo spojení.

Dieťa sa učí takmer všetko od nuly. Od pohybu a reči až po základné emócie a sociálne reakcie.

Mozog je v tejto fáze ako špongia a všetko, čo zažíva, sa doň zapisuje neuveriteľnou rýchlosťou. Malé deti majú neuveriteľnú schopnosť absorbovať nové informácie a prispôsobovať sa - dokážu sa napríklad naučiť reč či čítanie bez toho, aby chápali gramatické pravidlá.

V štúdii sa uvádza, že detstvo je obdobím, kedy „globálna integrácia klesá, zatiaľ čo lokálna segregácia stúpa“, čo znamená, že mozog začína vytvárať špecializované okruhy.

9-32 rokov: triedenie spojení a rozvoj kontroly

Aj keď sa človek zvonku javí dospelý, mozog stále prechádza intenzívnym vývojom. Spojenia sa triedia, upratujú a nechávajú si len tie, ktoré sa skutočne využívajú.

Postupne sa vylepšujú schopnosti ako plánovanie, sebakontrola, sústredenie či spracovanie emócií. Mozog sa učí fungovať efektívnejšie, rýchlejšie a stabilnejšie.

V búrlivom období adolescencie so sebou prináša proces „prerezávania“. Znamená to, že mozog sa zbavuje nepoužívaných nervových dráh a posilňuje tie, ktoré aktívne využíva.

„Toto obdobie je tiež spojené s vyššou citlivosťou (zranenie citov alebo psychická trauma, ak vás neprijala určitá skupina priateľov atď.),“ vysvetľuje Mindea.

V tomto období rastie rýchlosť komunikácie medzi oblasťami mozgu a vzniká komplexná štruktúra, ktorá umožňuje efektívne spracovanie informácií.

Vedci zistili, že v tejto etape má mozog najvyššiu mieru small-worldness, teda kombinácie globálnej efektivity a lokálnej špecializácie.

Podľa štúdie: „Sieť stúpa v integrácii, zatiaľ čo globálna modularita klesá.“ Inak povedané: mozog je v tomto období najefektívnejšou a najšpecializovanejšou verziou seba samého.

Okolo 25. až 32. roku: prechod k dospelosti

Po 25. roku života, v období dospelosti, dokončujú svoj vývoj čelný a predčelný lalok. Toto vedie k lepšej schopnosti ovládať impulzy, regulovať emócie a plánovať.

Podľa vedcov z University of Cambridge sa mozog v skutočnosti nedostane do tzv. „dospelého topologického stavu“ skôr ako okolo 32. roku života.

Práve v tomto veku sa končí obdobie intenzívneho dospievania mozgových sietí, teda spôsobu, akým sú jednotlivé časti mozgu navzájom prepojené.

32-66 rokov: stabilizácia a kognitívna sila

Po 32. roku prichádza zlom. Hoci trochu neskôr, ako sme si predtým mysleli, nastáva dospelosť.

Mozog začína pomaly strácať integráciu, hoci schopnosť „lokálnej efektivity“ a špecializácie ďalej rastie. Vedci opisujú tento prechod ako začiatok obdobia stabilizácie.

Ide o obdobie, ktoré býva kognitívne najsilnejšie. Je stabilné a relatívne odolné voči nárazovým výkyvom.

V strednom veku dosahuje mozog svoj vrchol výkonnosti, najmä v oblasti verbálnej pamäti. Ľudia sa v tomto období podľa neurochirurga viac sústreďujú na odovzdávanie svojich skúseností mladším generáciám a venujú väčší priestor sebareflexii.

„U mnohých ľudí dochádza k zmene kognitívnych priorít, často sa viac zameriavajú na to, čím prispieť ďalšej generácii, a na osobnú sebareflexiu. Vtedy tiež niektorí zažívajú tzv. kognitívny vrchol, najmä v oblastiach, ako je verbálna pamäť a nahromadené vedomosti. Je to v podstate bod, keď dosiahnete maximálny mentálny výkon alebo výkonnosť mozgu,“ tvrdí.

66-83 rokov: pomalšia komunikácia medzi oblasťami

V tomto veku sa začína zreteľnejší pokles bielej hmoty, teda „kábľovania“ mozgu. Po približne 66. roku začína mozog postupne starnúť.

Spojenia medzi jeho časťami slabnú a komunikácia medzi nimi môže byť pomalšia. Objavujú sa drobné výpadky pamäte alebo potreba dlhšieho času na spracovanie informácií.

Stále však dokáže vytvárať nové spojenia, len mu to trvá dlhšie. Hoci klesá schopnosť riešiť problémy, nadobudnuté vedomosti a zručnosti zostávajú zachované alebo sa môžu dokonca zlepšovať.

Dá sa to prirovnať k počítaču s pomalším internetom - informácie sú stále k dispozícii, len ich získavanie trvá dlhšie.

83-90 rokov: prirodzené zjednodušovanie siete

Po 83. roku sa mozog opiera najmä o svoje hlavné, najdôležitejšie spojenia. Tie vedľajšie sa už používajú menej alebo zanikajú.

Reakcie sú pomalšie, nové veci si vyžadujú viac energie, no mozog stále funguje a dokáže sa prispôsobovať. Skôr než o „zhasínanie“ ide o prirodzené zjednodušovanie siete, ktorá nás sprevádzala celý život.

Vedci upozorňujú, že dáta v tejto fáze sú limitované, no ukazujú výrazné spoliehanie sa na menší počet kľúčových mozgových oblastí.

Šedá a biela hmota: prečo sa mozog vyvíja dlhšie, než si myslíme

Vedci nedávno zistili, že zatiaľ čo šedá mozgová kôra, teda bunky zodpovedné napríklad za matematické myslenie, dosahuje vrchol svojho vývoja koncom puberty, biela mozgová hmota, spájajúca jednotlivé tkanivá, sa vyvíja a rastie aj do štyridsiatky.

Šedá hmota súvisí s nervovými bunkami a spracovaním informácií, zatiaľ čo biela hmota zabezpečuje komunikáciu medzi rôznymi časťami mozgu. Rozdielne tempo ich vývoja pomáha vysvetliť, prečo sa niektoré schopnosti objavujú skôr a iné dozrievajú až v dospelosti.

Plastickosť mozgu: schopnosť meniť sa a prispôsobovať

Plastickosť mozgu je darom z nebies. Napriek dokonalým nástrojom, ktorými dnes disponujeme, zatiaľ stále nedokážeme pochopiť mozog v jeho rozmanitosti.

Je nesmierne flexibilný a dokáže sa svojským spôsobom vysporiadať s mnohými problémami. Plastickosť mozgu je výnimočná v ranom veku, keď dieťa začína vnímať okolie a následne môže reagovať na prichádzajúce vnemy.

Pri mozgovej mŕtvici dochádza k poškodeniu, ktoré môže viesť k strate reči. V čase núdze preberá iniciatívu druhá hemisféra.

V okamihu, keď sa situácia zlepší, mozog sa vráti k svojmu pôvodnému nastaveniu. Ľudské neurodegeneračné ochorenia spôsobujú radikálny úbytok nervových buniek.

Mozog dokáže tieto straty dlhé roky kompenzovať. Využíva alternatívne siete, ktoré dokáže preformátovať.

Príkladov plastického pretvárania mozgového tkaniva je neúrekom a sú dôkazom, že mozog dokáže improvizovať. V dospelosti si trénovaný mozog dokáže rýchlo osvojiť nové poznatky.

Má k dispozície spletité funkčné siete, ktoré už len podľa potreby vylaďuje. To, čo na prvý pohľad vyzerá ako tmárstvo, je v skutočnosti dokonalý spôsob budovania sietí.

Podvedomie a automatické správanie

Vedeli ste, že až 95 % všetkého, čo denne robíme, vychádza z podvedomia? Znamená to, že len 1 z 20 rozhodnutí robíme skutočne vedome - zvyšok sú reakcie, automatizmy, naučené vzorce správania, ktoré prebiehajú bez toho, aby sme si ich všimli.

Podvedomie je ako výkonný softvér, ktorý nevidíme, ale ovláda všetko - od toho, ako ráno reagujeme na budík, cez to, ako držíme volant, až po to, prečo nás priťahuje určitý typ ľudí.

Mnohé z týchto programov vznikli v detstve, často do siedmeho roku života, keď bol náš mozog vo vlnách theta - v stave pripomínajúcom hypnózu.

Vtedy sme nemali schopnosť kriticky hodnotiť svet, len sme pasívne prijímali informácie a ukladali ich ako pravdu. Ak vám niekto v detstve opakoval, že ste „nešikovní“, „nevhodní“ alebo „tichí“, vaša myseľ to prijala ako fakt - a možno tomu veríte dodnes, hoci to nikdy nebola pravda.

Podvedomie riadi vašu sebaistotu, schopnosť zvládať stres, výber partnerov, kariérne ambície aj schopnosť veriť v šťastný život.

Podvedomie je silné, ale neutrálne - nehodnotí, čo je pre vás dobré alebo zlé. Len robí to, čo sa naučilo.

Ilúzie, falošné spomienky a placebo efekt

Zároveň je však mozog majstrom klamu. Vytvára ilúzie, falošné spomienky a iluzórne pravdy, ktorým veríme, pretože ich podáva ako skutočnosť.

Dokáže nás presvedčiť o neexistujúcej hrozbe, skresliť minulosť a upraviť realitu podľa toho, aké filtre máme v myslení. To, čo vnímame ako „pravdu“, je často len výsledkom toho, ako nám ju mozog poskladal.

Ovplyvňuje dokonca aj imunitu - ak veríte, že ochoriete, telo začne produkovať stresové hormóny, ktoré oslabujú obranyschopnosť.

Naopak, placebo efekt je dôkazom, že ak uveríme v uzdravenie, telo začne naozaj produkovať liečivé reakcie - aj keď dostaneme len obyčajnú tabletku z cukru.

Mozog je výnimočný aj v tom, že nerozlišuje medzi skutočnosťou a silnou predstavou. Keď si niečo intenzívne vizualizujete, zapájajú sa tie isté oblasti mozgu ako pri reálnom zážitku.

Preto športovci trénujú úspech najprv v hlave - a preto sa dá preprogramovať aj podvedomie, ak mu ponúkame nové obrazy, myšlienky a pocity.

Čo robí mozog počas spánku

Táto fascinujúca sieť funguje nepretržite. Mozog denne spracuje približne 70 000 myšlienok - väčšinu z nich si ani neuvedomujeme.

A keď spíme, mozog nespí s nami - práve vtedy aktívne triedi spomienky, čistí nepotrebné informácie a doslova „upratuje“ náš duševný priestor, pričom prebiehajú opravy na bunkovej úrovni.

Napriek tomu stále presne nevieme, prečo snívame. Niektorí vedci veria, že sny nám umožňujú riešiť problémy, ktorým počas dňa čelíme, iní sa domnievajú, že sny pomáhajú precvičiť mozog.

Desať veľkých nevyriešených záhad mozgu

1. Ako si uchovávame a vybavujeme spomienky?

Mozog prechádza fyzickými zmenami zakaždým, keď sa naučíme niečo nové, nejaký nový fakt. A dodnes neexistuje žiadne vysvetlenie na to, ako si vybavujeme alebo spomenieme na čokoľvek - len tak, na vlastné želanie.

Hoci vieme, že pamäť súvisí s nervovými spojeniami a zmenami v mozgovom tkanive, stále nepoznáme celý mechanizmus, ktorý umožňuje uloženie, uchovanie a spontánne vybavenie konkrétnej spomienky.

2. Ako dokážeme simulovať budúcnosť pri plánovaní?

Technológie, ktoré používame ku štúdiu mozgu, sa zameriavajú na prítomnosť. Ešte ale musíme pochopiť, ako sme vlastne schopní predvídať budúce udalosti.

Plánovanie vyžaduje vytvorenie predstavy o udalostiach, ktoré sa ešte nestali. Mozog pri tom spája skúsenosti, vedomosti, odhady a predstavy, no presný spôsob tejto simulácie zostáva nejasný.

3. Čo je to vlastne inteligencia?

Do značnej miery je ešte stále veľkou neznámou, ako mozgové neuróny riešia problémy. Zhromažďovanie informácií, vedomostí, znalostí v mozgu a manipulácia s nimi je záhadou, a preto dodnes nevieme, prečo sú niektorí ľudia múdrejší než iní.

Inteligencia zjavne súvisí s viacerými schopnosťami, no nemožno ju zjednodušiť na jedinú oblasť mozgu alebo jediný typ nervového spojenia.

4. Ako mozog chápe čas?

Zvuk sa pohybuje rýchlejšie než vízia, ale náš mozog je schopný oboje zosynchronizovať. Ak by sa konečne prišlo na to, ako to mozog robí, mohlo by to pomôcť pri chorobách, akou je napríklad dyslexia.

Vnímanie času pritom nie je rovnaké vo všetkých situáciách. Mozog musí spájať rôzne zmyslové signály a vytvárať z nich súvislý priebeh udalostí.

5. Prečo vlastne snívame?

To je otázka! Žiaľ, neexistuje jasná odpoveď. Niektorí vedci veria, že práve nám umožňujú riešiť problémy, ktorým počas dňa čelíme, iní sa domnievajú, že sny pomáhajú precvičiť mozog.

6. Ako sa dokážu všetky časti mozgu navzájom prepojiť a fungovať ako jedna?

Mozog má hneď niekoľko špecifických častí a každá jedna má za úlohu vnímať alebo riadiť niečo iné. Doteraz sa presne nevie, ako sa dokážu všetky roztrieštené prvky mozgu spojiť a navzájom prepojiť tak, že my vnímame svet jednotne.

Jednotná skúsenosť sveta vzniká z činnosti mnohých oblastí, no stále nepoznáme mechanizmus, ktorý ich aktivitu spája do jedného vedomého celku.

7. Čo je to vedomie?

Pocity vedomia, uvedomenia či vnímania tohto sveta sú tiež záhadou. Už vieme, že mozgové procesy a prenos informácií je to, vďaka čomu môžeme prežívať svet a všetko okolo nás, ale to nevysvetľuje, prečo sú naše pocity vždy subjektívne.

Najväčšou z nich je, ako môže aktivita neurónov ovplyvňovať vedomú a prežívanú skúsenosť. To je záhada mozgu, záhada ľudského života.

8. Prečo hudba vyvoláva emócie?

Hudba vlastne nemá žiadny prínos pre prežitie človeka ako také, ale dokáže vyvolať silné emociálne aj fyzické reakcie.

Stále nie je jasné, akým spôsobom, no teória hovorí o tom, že to môže byť tým, ako hudba imituje ľudskú reč či pohyby tela.

9. Prečo pacienti s Alzheimerom prichádzajú o mozgové bunky?

Pacientom odumierajú mozgové bunky a oni tak postupne prichádzajú o pamäť, spomienky, úsudok, rozumové schopnosti, reč, atď.

Hoci sa vedci domnievajú, že za odumieranie buniek je pravdepodobne zodpovedná bielkovina zvaná Tau, dodnes presne nevedia, akým spôsobom útočí na mozog človeka.

10. Prečo zažívame déjà vu?

Každý z nás iste pozná tú chvíľu, kedy má pocit, že situáciu, ktorú aktuálne zažíva, už raz prežil. Mnohí už dokonca vedia aj presne povedať, ako daný moment skončí.

Ako je to možné? To je stále a zrejme aj bude jedna veľká záhada, ktorú je veľmi ťažké skúmať, pretože tieto chvíle či pocity sú prchavé a nepredvídateľné.

Čo už dokáže moderný výskum

Celé stáročia ľudia hľadali miesto, kde sídli naša myseľ či duša. Mozog bol veľmi dlhý čas v ofsajdovej pozícii.

Srdce lákalo pozornosť, keďže naše emócie ovplyvňujú jeho činnosť. Jablkom sváru medzi Platónom a jeho žiakom Aristotelom sa stalo hľadanie príbytku ľudskej inteligencie.

Platón súhlasil s Hippokratom, tvrdiac, že intelektuálna a racionálna časť duše sídli v ľudskom mozgu. Avšak mozog sa stal lákavým objektom až o mnoho storočí neskôr.

Koncom 19. storočia priniesli nové farbiace techniky do tmy poznania svetlé tóny. Každým dňom vedci objavovali nádherné štruktúry v mozgovom tkanive.

Ramon y Cajal a Camilo Golgi dodali statickým obrázkom dynamický rozmer. V tom okamihu získal mozog tretí rozmer.

Carl Wernicke a Paul Broca identifikovali oblasti zodpovedné za naše kognitívne schopnosti, objavili v mozgu oblasti zodpovedné za spracovanie jazyka a reči.

Aloiz Alzheimer a Oskar Fisher začali definovať ochorenia mozgu na základe chorobných zmien objavených pod mikroskopom.

Elektrónová mikroskopia a elektrofyziológia odhalili spôsob komunikácie medzi nervovými bunkami. Na scénu vstúpili malé komunikačné molekuly - nervové prenášače.

Pozitrónová emisná tomografia a funkčná magnetická rezonancia umožnili sledovať rozmanité aktivity v čase, jednotlivé oblasti mozgu začali prezrádzať svoje príbehy.

Kožné bunky sme preškolili na zárodočné bunky mozgu a v laboratórnych podmienkach začali vznikať minimozgy, ktoré prinášajú cenné informácie o komunikácii medzi jednotlivými členmi pestrotvarého orchestra.

Špeciálne mikroskopické techniky nám umožňujú monitorovať správanie jednotlivých buniek v mozgu počas ich aktivity. Doslova sledujeme dianie na úrovni jednej bunky, ktorá je zodpovedná za učenie, pohyb či iné zručnosti, ktorými disponuje mozog experimentálnych zvierat.

V roku 2017 spojili stovky vedcov z USA a Európy sily v konzorciu, ktorého cieľom bolo vykonať podrobnú inventúru buniek ľudského mozgu.

Pretože sa funkcie mozgu často skúmajú na zvieratách, zmapovali vedci rovnakým spôsobom aj mozgy myší, opíc a ľudoopov.

Zmapovať a simulovať fungovanie ľudského mozgu sa vo vedeckom projekte, ktorý financovala Európska únia (600 miliónov EUR) usilovalo asi 500 výskumníkov.

Podarilo sa síce vytvoriť 3D podoby mozgových štruktúr, ale celkový cieľ sa naplniť nepodarilo.

Prečo mozog zostáva neprebádaným vnútorným vesmírom

Hoci hviezdy a galaxie môžu navzájom reagovať, nedokážu vykonávať zložité signalizovanie a výpočty, ktoré prebiehajú medzi neurónmi.

Jednako je však mozog výnimočná štruktúra. Množstvo prepojení a interakcií mu nedodáva len štrukturálnu komplexnosť, ale aj celok s neuveriteľnou funkcionalitou.

Vedci už dokážu pozorovať jednotlivé bunky, sledovať elektrickú aktivitu, vytvárať 3D modely štruktúr a skúmať zmeny mozgu v priebehu života.

Napriek tomu stále nedokážeme presne vysvetliť, ako sa z elektrických a chemických procesov rodí vedomie, spomienka, sen, hudobná emócia alebo pocit, že sme určitú situáciu už niekedy prežili.

tags: #ludsky #mozog #zahady