98

UMYS¸

Zweryfikowane

histori´

p

r z

e

z

Wiele ugruntowanych koncepcji funkcjonowania
ludzkiego mózgu nie wytrzyma∏o próby czasu
– warto o tym pami´taç, przyglàdajàc si´
wspó∏czesnym osiàgni´ciom neurobiologii

Robert-Benjamin Illing

o mog∏o sk∏aniaç pierwszych Homo sapiens, by za-
glàdaç do wn´trza g∏owy? Choç trudno w to uwie-
rzyç, pierwsze takie próby podejmowano ju˝ 7000
lat temu – w czaszkach z poczàtków epoki kamien-
nej widniejà starannie wyci´te r´kà ludzkà otwory.
Takie zabiegi, zwane trepanacjà, wykonywano póê-
niej na ca∏ym Êwiecie wielokrotnie, a˝ do czasów
nowo˝ytnych, a poddani im pacjenci nieraz ˝yli po-
tem ca∏e lata, o czym Êwiadczà zbliznowacenia tkan-
ki wokó∏ dziur w czaszkach.

W kulturach staro˝ytnych celem trepanacji by∏o

najprawdopodobniej wyzwolenie duszy z mocy nie-
czystych duchów powodujàcych rzekomo wiele przy-
pad∏oÊci psychicznych – od omdleƒ po napady histe-
rii. Niemniej dla antycznych filozofów i lekarzy
mózg i uk∏ad nerwowy by∏y o wiele mniej wa˝ne
od innych narzàdów cz∏owieka. Zarówno Biblia,
jak i Talmud zawierajà wiele trafnych spostrze˝eƒ
medycznych, ale w ˝adnej z tych ksiàg nie znaj-
dziemy najmniejszej wzmianki, by jakaÊ choroba
by∏a zwiàzana z mózgiem, rdzeniem kr´gowym bàdê
nerwami. Podczas balsamowania zw∏ok faraonów
i kap∏anów egipskich pieczo∏owicie preparowano
wàtrob´ i serce, mózg zaÊ usuwano przez nos i uszy
specjalnymi narz´dziami i wyrzucano.

Po czasach biblijnych, gdy nasta∏y epoki nowo-

˝ytne – Êredniowiecze, renesans, i wreszcie czasy
nam wspó∏czesne – coraz wi´cej anatomów, leka-
rzy i uczonych podejmowa∏o usilne próby zg∏´bie-
nia tajemnic mózgu i umys∏u, cz´sto radykalnie
modyfikujàc czy wr´cz odrzucajàc wczeÊniejsze
poglàdy, choç niejednokrotnie by∏y to koncepcje
oparte na rzetelnych obserwacjach i eksperymen-
tach, koncepcje, które w swoim czasie uchodzi∏y za
wa˝ne osiàgni´cia poznawcze. Konstatacja tego
historycznego procesu sk∏ania do zastanowienia
si´, które z obecnie obowiàzujàcych twierdzeƒ neu-
rologii i psychologii zostanà podobnie zakwestio-
nowane w miar´ dalszego post´pu nauki.

Dla staro˝ytnych Egipcjan i Greków najwa˝niej-

szym z narzàdów cz∏owieka by∏o serce. Arystoteles
(384–322 p.n.e.) podkreÊla∏ fakt, ˝e rana serca po-

C

Leczenie g∏upoty Hieronima Boscha (oko∏o

roku 1480) przedstawia cz´sto wykonywanà

w Êredniowieczu operacj´ usuwania

„kamienia g∏upoty”, uwa˝anego za przyczyn´

chorób psychicznych. S∏owa na obrazie znaczà

mniej wi´cej: „Mistrzu, usuƒ mi ten kamieƒ.

Jestem prostym cz∏owiekiem”.

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

99

AKG IMAGES/ ERICH LESSING

woduje natychmiastowà Êmierç, natomiast rana
g∏owy nie musi pociàgaç za sobà a˝ tak drastycz-
nych konsekwencji i mo˝e si´ nawet zagoiç. Za-
uwa˝y∏ równie˝, ˝e serce bije szybciej pod wp∏y-
wem emocji, mózg natomiast wydaje si´ zupe∏nie
niewra˝liwy – mo˝na nawet dotknàç wprost mózgu
˝ywego zwierz´cia bez ˝adnej reakcji z jego stro-
ny. Doszed∏ wobec tego do wniosku, ˝e oÊrodkiem
˝ycia jako takiego jest w∏aÊnie serce, dusza zaÊ –
czynnik okreÊlajàcy indywidualnoÊç cz∏owieka –
przypuszczalnie rezyduje w wàtrobie.

W odró˝nieniu od Arystotelesa Pitagoras (oko∏o

570–496 p.n.e.) i Hipokrates (oko∏o 460–370 p.n.e.)
za „najszlachetniejszy” z ludzkich organów uwa˝a-
li mózg. Podobne by∏y równie˝ poglàdy Platona
(427–347 p.n.e.), dla którego za uczucia ni˝szego
rz´du, jak po˝àdanie czy chciwoÊç, odpowiada∏a
wàtroba, bardziej wznios∏e – duma, odwaga, gniew
czy strach – mia∏y êród∏o w sercu, natomiast na-
czelnà rol´ jako siedlisko rozumu spe∏nia∏ mózg.

Pierwszym uczonym, który bada∏ mózg nie tylko

spekulatywnie, by∏ Galen, anatom i fizjolog, naj-
s∏ynniejszy po Hipokratesie lekarz epoki staro˝yt-
nej, ˝yjàcy w Aleksandrii mniej wi´cej w latach
130–200 n.e. Zaobserwowa∏ on, ˝e ludzie, którzy
przeszli udar, tracili cz´Êciowo zdolnoÊç doznaƒ
zmys∏owych, choç odpowiednie narzàdy ich zmy-
s∏ów fizycznie nie odnosi∏y uszczerbku, co dopro-

wadzi∏o go do wniosku, ˝e zasadniczà rol´ w percep-
cji zmys∏owej odgrywa mózg. Szczególnie zaintry-
gowa∏y Galena komory mózgu – puste przestrzenie
wype∏nione czymÊ, co jego zdaniem przypomina∏o
powietrze. Gdy podczas doÊwiadczeƒ uciska∏ tylnà
komor´ ods∏oni´tego mózgu ˝ywego zwierz´cia, po-
wodowa∏o to jego kompletne odr´twienie. Otwar-
cie komory nie wytràca∏o zwierz´cia z tego stanu,
natomiast po delikatnym tylko naci´ciu jej po-
wierzchni zaczyna∏o ono mrugaç oczami.

Powiew ˝ycia

Galen doszed∏ do przekonania, ˝e owe puste prze-
strzenie muszà mieç bezpoÊredni zwiàzek z duszà,
jako ˝e ich niewidoczna zawartoÊç bardziej odpo-
wiada∏a naturze duszy ni˝ sama tkanka mózgowa.
Uzna∏, ˝e jest to eteryczna substancja pochodze-
nia kosmicznego poÊredniczàca mi´dzy duszà i
cia∏em. Istnienie takich oparów ˝ycia, którym Ga-
len nada∏ nazw´ spiritus animalis („tchnienie du-
chowe”), uchodzi∏o za niepodwa˝alnà prawd´
przez wiele stuleci.

1

Min´∏o sporo czasu, zanim inni uczeni uzupe∏-

nili koncepcj´ Galena. W Êredniowieczu nazwano

komory mózgu „komnatami” i zacz´to inaczej poj-
mowaç ich funkcje: spiritus animalis mia∏oby prze-
p∏ywaç przez komory niczym woda w rzymskiej
fontannie, zmieniajàc przez to swoje w∏aÊciwoÊci
– by∏a to pierwsza, nieÊmia∏a jeszcze, próba stwo-
rzenia modelu funkcjonowania mózgu.

W renesansie Leonardo da Vinci (1452–1519) i

Micha∏ Anio∏ (1475–1564) dà˝yli do poznania bu-
dowy cia∏a, zaglàdajàc do jego wn´trza; da Vinci
tworzy∏ pierwsze realistyczne rysunki komór móz-
gu [ilustracja na nast´pnej stronie]. Flamandzki
anatom Andreas Vesalius (1514–1564) podczas
swych s∏ynnych sekcji przeprowadzanych przed
licznym audytorium starannie preparowa∏ mózg
i opisywa∏ jego budow´. Nie wysnuwali oni jed-
nak ˝adnych wniosków, jak ten narzàd dzia∏a.

Ta niech´ç do spekulowania da∏a pole do popisu

francuskiemu matematykowi i filozofowi Karte-
zjuszowi (1596–1650), który utrzymywa∏, ˝e widzial-
na struktura mózgu nie ma nic wspólnego z jego
funkcjonowaniem. Zainspirowany przez wspó∏-
czesnego mu w∏oskiego uczonego, Galileusza
(1564–1642), nada∏ on nowy kierunek badaniom
mózgu, opierajàc si´ na zasadach mechanistycz-
nych. W modelu Kartezjusza spiritus animalis to
∏agodne powiewy przep∏ywajàce z narzàdów zmy-
s∏ów do komór mózgowych, gdzie mia∏y stycznoÊç
z najwa˝niejszà, jego zdaniem, cz´Êcià mózgu – szy-

100

UMYS¸

AKG IMAGES

Otwór w czaszce

z okresu mezolitu,

znalezionej

w Stengnav

w Danii, wyci´ty

zosta∏ za ˝ycia

cz∏owieka, do którego

nale˝a∏a. Kraw´dzie

otworu sà ca∏kowicie

zagojone, co Êwiadczy

o tym, ˝e cz∏owiek

ten ˝y∏ po operacji

jeszcze doÊç d∏ugo.

Podobne trepanacje

czaszki – w celu

wygnania z∏ych

duchów powodujàcych

choroby – wykonywano

w ró˝nych kulturach

Êwiata a˝ do czasów

nowo˝ytnych.

Kartezjusz utrzymywa∏, ˝e tchnienie duchowe

przep∏ywa z narzàdów zmys∏ów do pustych przestrzeni

w mózgu, skàd decyzjà duszy kierowane jest dalej.

szynkà. Szyszynk´ uwa˝a∏ za miejsce, gdzie mate-
rialne, dzia∏ajàce jak maszyna cia∏o, res extensa, spo-
tyka si´ z niezale˝nà, niematerialnà duszà, res cogi-
tans. Decyzje duszy mia∏y rodziç impulsy, które przez
szyszynk´ i komory mózgu kierowa∏y spiritus ani-
malis za poÊrednictwem odpowiednich nerwów do
mi´Êni. Owo sterowanie przep∏ywem dokonywa∏o-
by si´ za sprawà maleƒkich w∏óknistych zastawek
znajdujàcych si´ wewnàtrz kana∏ów nerwowych.

Kartezjusz zdawa∏ sobie spraw´, ˝e uk∏ad mecha-

niczny, który móg∏by zapanowaç nad tak olbrzymim
obszarem powiàzaƒ zmys∏owo-motorycznych, mu-
sia∏by byç niezwykle skomplikowany. Zapropo-
nowa∏ zatem analogi´ z koÊcielnymi organami.
Kana∏y powietrzne tego instrumentu odpowiada-
jà sercu i naczyniom krwionoÊnym, poprzez które
spiritus animalis trafia do komór mózgu. I podob-
nie jak wentyle organowe kierujà powietrze do od-
powiednich piszcza∏ek, tak znajdujàce si´ w ner-
wach zastawki sprawiajà, ˝e spiritus animalis
dociera do w∏aÊciwego mi´Ênia. Nasze rozumne,
skoordynowane zachowanie jest zatem niczym
utwór muzyczny.

Koncepcja Kartezjusza jako teoria mechanistycz-

na mog∏a zostaç empirycznie zweryfikowana.
W∏oski lekarz Giovanni Borelli (1608–1679) przy-
trzymywa∏ ˝ywe zwierz´ pod wodà tak, by ze
wszystkich si∏ musia∏o walczyç o ˝ycie. Zgodnie z
teorià, spiritus animalis powinno wówczas prze-
p∏ynàç do mi´Êni zwierz´cia – po kilku sekundach
Borelli nacià∏ zatem jeden z mi´Êni i nie zauwa-
˝ywszy w wodzie ˝adnych p´cherzyków, wyciàgnà∏
wniosek, ˝e tchnienie duchowe nie jest gazem, lecz
p∏ynem – succus nerveus (sokiem nerwowym).

Podobne eksperymenty zmierzajàce do poznania

natury mózgu przeprowadzali tak˝e inni lekarze,
anatomowie, a nawet fizycy, m.in. sam Isaac New-

ton – lecz ich wyniki cz´sto sobie wzajemnie prze-
czy∏y. W po∏owie XVIII wieku w badaniach nad
mózgiem i uk∏adem nerwowym zapanowa∏ kom-
pletny zastój. Nikt nie by∏ w stanie podaç, choçby w
ogólnych zarysach, zasad ich funkcjonowania.

O ˝abach i nerwach kulszowych

W sukurs badaczom przysz∏a inspiracja z doÊç nie-
oczekiwanej strony. Gdy powszechnym tematem
rozmów, nie tylko w laboratoriach, sta∏a si´ na-
ukowa nowinka – elektrycznoÊç – pojawi∏y si´ su-
gestie, ˝e to w∏aÊnie ona jest medium p∏ynàcym
przez nerwy. Nie brak by∏o jednak g∏osów scep-
tycznych, wskazujàcych, ˝e nerwy nie majà ˝ad-
nej izolacji, a zatem gdyby nawet w organizmie
znajdowa∏o si´ jakieÊ êród∏o elektrycznoÊci, to pràd
elektryczny rozchodzi∏by si´ z niego we wszystkich
kierunkach.

Asumpt do wyjàtkowo o˝ywionej dyskusji da∏

s∏ynny eksperyment przeprowadzony przez w∏oskie-
go lekarza Luigiego Galvaniego (1737–1798), któ-
ry po∏àczy∏ blaszk´ cynkowà z nerwem kulszowym
z ˝abiej koƒczyny, a nast´pnie przymocowa∏ jà za
pomocà srebrnej sprzàczki do wypreparowanego
mi´Ênia. Gdy tylko obwód zosta∏ zamkni´ty, prze-
p∏ynà∏ pràd i nastàpi∏ skurcz mi´Ênia. Jednak fakt,
˝e nerwy reagujà na pobudzenie elektryczne, nie
stanowi∏ jeszcze dowodu, i˝ to elektrycznoÊç jest
spiritus animalis. Dopiero w 1843 roku niemiecki
fizjolog Emil Du Bois-Reymond (1818–1896) opi-
sa∏ zjawisko przep∏ywu pràdu wzd∏u˝ w∏ókna ner-
wowego po jego stymulacji elektrycznej. Ten sam
uczony w roku 1849 zaobserwowa∏ analogiczny
przep∏yw pràdu w nast´pstwie stymulacji chemicz-
nej, udowadniajàc definitywnie, ˝e nerwy nie sà
jedynie biernymi przewodnikami, lecz i êród∏em
elektrycznoÊci.

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

101

Pierwsze poprawne
pod wzgl´dem
anatomicznym
rysunki komór
mózgowych
sporzàdzili oko∏o
1504 roku
Leonardo da Vinci,
który przedstawi∏
ich widok z boku
razem z zarysem
ga∏ki ocznej
i z nerwami
prowadzàcymi
do mózgu (z lewej),
oraz Andreas
Vesalius, który
w 1543 roku
naszkicowa∏ ich
widok z góry.

Jednak ówczesny poziom techniki badawczej

nie umo˝liwia∏ jeszcze odpowiedzi na pytanie, z
czego w∏aÊciwie zbudowane sà w∏ókna nerwowe.
Dzi´ki udoskonaleniu mikroskopu optycznego w
drugiej po∏owie XIX stulecia i opracowaniu nowych
metod preparowania tkanek do badaƒ mikrosko-
powych hiszpaƒski histolog Santiago Ramón y Ca-
jal (1852–1934) zaobserwowa∏ w wybarwionym
preparacie tkanki mózgowej powtarzajàce si´ ko-
mórki o charakterystycznym kszta∏cie oraz usta-
li∏, ˝e na koƒcach wybarwionych aksonów wyst´-
pujà zgrubienia. Wyciàgnà∏ stàd wniosek, ˝e nerwy
nie majà charakteru ciàg∏ego, jak dotàd sàdzono,
lecz ka˝dy neuron stanowi odr´bnà komórk´ o Êci-
Êle okreÊlonych granicach. Za badania nad struk-
turà uk∏adu nerwowego Cajal wespó∏ z W∏ochem
Camillem Golgim otrzyma∏ w 1906 roku Nagrod´
Nobla. Takie by∏y poczàtki teorii neuronalnej w
neurobiologii.

Inteligentne komórki

Ale w jaki sposób bodêce przekazywane sà z jed-
nego neuronu do drugiego? W roku 1900 angiel-
ski neurofizjolog Charles Sherrington jako pierw-
szy wykaza∏ istnienie oddzia∏ywaƒ hamujàcych
mi´dzy neuronami; komórki nerwowe mogà zatem
zarówno w∏àczaç, jak i wy∏àczaç sygna∏y. Wed∏ug
niego dzia∏anie mózgu przypomina stacj´ telegra-
fu, która przesy∏a zakodowane wiadomoÊci z jedne-
go miejsca do drugiego. Ju˝ trzy lata wczeÊniej

Sherrington nazwa∏ miejsca styku mi´dzy neuro-
nami synapsami (od greckiego sy∂napsis – po∏à-
czenie). Nadal nie wiadomo by∏o jednak, w jaki
sposób bodêce pokonujà przestrzeƒ pomi´dzy
poszczególnymi neuronami. Angielski fizjolog John
Langley przeprowadzi∏ eksperymenty, podczas któ-
rych wypreparowane mi´Ênie ˝aby traktowa∏ ni-
kotynà, poniewa˝ powzià∏ przypuszczenie, ˝e po-
budzone w∏ókna nerwowe uwolnià do synapsy
substancj´ nikotynopodobnà. Niemniej dopiero
Ottonowi Loewiemu, urodzonemu w Niemczech
amerykaƒskiemu chemikowi i farmakologowi, uda-
∏o si´ potwierdziç doÊwiadczalnie, ˝e komórki ner-
wowe w stanie pobudzenia faktycznie wydzielajà
pewnà substancj´, a dzi´ki jego angielskiemu wspó∏-
pracownikowi Henry’emu Dale’owi wiadomo, ˝e
substancjà tà jest acetylocholina

2

. Tymczasem w

1939 roku dwaj angielscy biofizycy, Alan Hodgkin
i Andrew Huxley, zarejestrowali w obr´bie komór-
ki nerwowej impuls, który obecnie nazywamy po-
tencja∏em czynnoÊciowym. Jak si´ póêniej okaza∏o,
potencja∏ czynnoÊciowy okaza∏ si´ uniwersalnym
w ca∏ym królestwie zwierzàt mechanizmem sygna-
lizacyjnym komórek nerwowych.

Jednak a˝ do poczàtku lat pi´çdziesiàtych XX

wieku neurobiolodzy nie zaakceptowali idei prze-
kaênictwa chemicznego bodêców nerwowych. Wte-
dy w∏aÊnie zespó∏ Bernharda Katza, biofizyka z
University College London, dowiód∏, ˝e zakoƒcze-
nia neuronów wydzielajà substancje, które nazwa∏

102

UMYS¸

Na rysunku sporzàdzonym przez niemieckiego lekarza Ottona
Deitersa (z lewej), przedstawiajàcym komórk´ nerwowà
wypreparowanà z rdzenia kr´gowego wo∏u, po raz pierwszy
pojawi∏o si´ rozró˝nienie mi´dzy dendrytami a aksonami. Autor
opublikowa∏ ten rysunek na krótko przed swojà przedwczesnà
Êmiercià w wieku 29 lat w pracy Untersuchungen über Gehirn
und Rückenmark des Menschen und der Säugetiere (Badania
nad mózgiem i rdzeniem kr´gowym cz∏owieka i ssaków,

Brunszwik, 1865). Do badaczy, którzy pierwsi opowiedzieli si´
za ideà przekazywania sygna∏ów pomi´dzy tworzàcymi odr´bne
jednostki neuronami, nale˝a∏ hiszpaƒski histolog Santiago
Ramón y Cajal. Na jednym z rysunków (z prawej) przedstawi∏ on
drog´ sygna∏ów przez ró˝ne rodzaje neuronów w siatkówce
ptasiego oka, wskazujàc kierunek za pomocà strza∏ek (Textura
del sistema nervioso del hombre y de los vertebrados – Histologia
uk∏adu nerwowego cz∏owieka i innych kr´gowców, Madryt 1904).

neuroprzekaênikami. Wydzielanie tych moleku∏
odbywa si´ porcjami i zale˝y od poziomu elektrycz-
nej aktywnoÊci neuronów. I wreszcie w roku 1977
John Heuser i Thomas Reese, amerykaƒscy na-
ukowcy zajmujàcy si´ biologià komórki, wykazali,
˝e przy pojawieniu si´ potencja∏u czynnoÊciowego
z p´cherzyków w b∏onie komórkowej uwalniane
sà zawarte w nich neuroprzekaêniki. To, czy komór-
ka b´dzie pobudzana czy te˝ hamowana, zale˝y od
rodzaju uwalnianego neuroprzekaênika oraz od
znajdujàcych si´ na b∏onie receptorów, na które
ten neuroprzekaênik dzia∏a.

Odkrycie pobudzajàcych i hamujàcych synaps

zrodzi∏o przypuszczenie, ˝e uk∏ad nerwowy
przetwarza informacje wed∏ug okreÊlonych, nie-
zmiennych regu∏. Jednak w 1949 roku kanadyjski
psycholog Donald O. Hebb wysunà∏ tez´, ˝e komu-
nikowanie si´ komórek nerwowych ulega zmianie
w zale˝noÊci od wzorca ich aktywnoÊci, co w cià-
gu ostatnich kilkudziesi´ciu lat wielokrotnie zosta-
∏o potwierdzone eksperymentalnie. Poziom komu-
nikacji mi´dzy dwoma neuronami mo˝e byç
modyfikowany przez nabywane doÊwiadczenia –
komórki nerwowe potrafià si´ uczyç.

Dla teorii, które mia∏yby opisywaç procesy umy-

s∏owe zachodzàce w nas jako przedstawicielach
gatunku Homo sapiens, konsekwencje tej konklu-
zji by∏y powa˝ne. Przez stulecia ˝adnemu uczone-
mu na Êwiecie nie udawa∏o si´ powiàzaç funkcjo-
nowania obszarów mózgu z tym, jak w naszym
umyÊle rodzà si´ myÊli. To, ˝e myÊlenie jest nieod-
∏àcznie zwiàzane z mózgiem cz∏owieka, wiadomo
by∏o z obserwacji chorych i rannych ju˝ w epoce re-
nesansu. Lecz w czym w∏aÊciwie tkwi tajemnica
tego niezwyk∏ego organu? Czy w jakichÊ szczegól-
nych w∏aÊciwoÊciach neuronów, z których jest zbu-
dowany, sposobie ich organizacji, a mo˝e w spo-
sobie, w jaki si´ ze sobà porozumiewajà?

Pierwszà prób´ przypisania konkretnych funk-

cji ró˝nym rejonom mózgu podjà∏ Thomas Willis
(1621–1675). Ten angielski lekarz uzna∏, ˝e zwoje
kory mózgowej sà siedliskiem pami´ci, natomiast
znajdujàca si´ pod nimi substancja bia∏a to oÊrodek

wyobraêni. Za percepcj´ zmys∏owà i zdolnoÊci psy-
chomotoryczne odpowiadaç mia∏o wed∏ug Willisa
znajdujàce si´ wewnàtrz mózgu corpus striatum –
cia∏o prà˝kowane. Szwedzki anatom Emanuel Swe-
denborg (1688–1772) rozwinà∏ t´ myÊl, twierdzàc,
˝e kora mózgowa, choç jest pozornie jednolita, mu-
si mieç obszary spe∏niajàce ró˝ne funkcje, bo ina-
czej nie by∏oby mo˝liwe jednoczesne dzia∏anie umy-
s∏u w tylu aspektach.

Mapowanie mózgu

Na powstanie pierwszej eksperymentalnej mapy
funkcjonowania mózgu trzeba by∏o czekaç a˝ do
XIX stulecia, kiedy to dwaj anatomowie z Berlina
– Eduard Hitzig i Gustav Theodor Fritsch – prze-
prowadzili doÊwiadczenia polegajàce na precyzyj-
nym dra˝nieniu ró˝nych miejsc kory mózgowej
kotów. Elektryczna stymulacja w obr´bie obszaru
dwóch trzecich kory z ty∏u g∏owy nie powodowa-
∏a ˝adnej reakcji fizycznej, natomiast podra˝nie-
nie w obr´bie obu p∏atów czo∏owych wywo∏ywa∏o
ruchy koƒczyn zwierz´cia. Stosujàc s∏aby pràd,
badacze doprowadzali do skurczów konkretnych
grup mi´Êni w danej koƒczynie. W tym samym cza-
sie Francuz Marc Dax, pracujàcy jako wiejski le-
karz, zgromadzi∏ dane Êwiadczàce o tym, ˝e ludzie
cierpiàcy na afazj´, czyli zaburzenia mowy, na ogó∏
uprzednio doznali uszkodzenia wyraênie wyod-
r´bnionego obszaru lewej pó∏kuli mózgu – tzw. po-
la Broca.

Znaczny post´p w zakresie neurobiologii doko-

na∏ si´ w latach czterdziestych XX wieku dzi´ki
amerykaƒskiemu neurochirurgowi Wilderowi Pen-
fieldowi, zajmujàcemu si´ w Kanadzie ludêmi,
którzy musieli przejÊç operacj´ mózgu. Aby móc
prawid∏owo przeprowadzaç zabiegi, Penfield po-
stanowi∏ najpierw ustaliç funkcje poszczególnych

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

103

O autorze

ROBERT-BENJAMIN ILLING jest profesorem neurobiologii i biofizyki w Klini-
ce Uniwersyteckiej we Fryburgu Bryzgowijskim w Niemczech.

N

aczelna doktryna funkcjonalizmu g∏osi, ˝e mózg i kom-
puter to to samo. Roger Penrose, matematyk i fizyk teo-
retyk z University of Oxford, przeprowadzi∏ eksperyment

myÊlowy podwa˝ajàcy t´ tez´.

Wszystkie komputery sà z za∏o˝enia maszynami Turinga (od

nazwiska angielskiego matematyka Alana Turinga, który pierw-
szy je opisa∏) wykonujàcymi ciàg kolejnych operacji wed∏ug Êci-
Êle okreÊlonych regu∏. Dowolny system formalny, w którym ka˝-
dy element i ka˝da operacja sà jednoznacznie okreÊlone, mo˝na
przedstawiç w postaci maszyny Turinga. A zatem skoro maszy-
na Turinga jest modelem mózgu, mózg funkcjonuje jako system
formalny.

Rozwa˝my teraz twierdzenie o niezupe∏noÊci austriackiego

matematyka Kurta Gödla. G∏osi ono, ˝e ka˝dy system formalny
zawierajàcy arytmetyk´ liczb naturalnych nie jest zupe∏ny, czyli
zawiera zdania, które sà prawdziwe, ale których prawdziwoÊci
w obr´bie tego systemu nie mo˝na udowodniç. Skàd zatem
wiemy o ich prawdziwoÊci? Do pewnego stopnia musimy to
robiç na jakiejÊ intuicyjnej, pozaformalno-logicznej drodze. Gdy-
by wi´c nasze myÊli stanowi∏y system formalny, nie moglibyÊmy
uznaç twierdzenia Gödla. Stàd wniosek Penrose’a, ˝e ludzkich
zdolnoÊci poznawczych nie da si´ ujàç w ramy systemu formal-
nego; mózg nie jest maszynà Turinga, tak wi´c podstawowe za-
∏o˝enie funkcjonalizmu jest fa∏szywe.

Funkcjonalizm zakwestionowany?

obszarów mózgu. W tym celu poddawa∏ stymula-
cji bodêcami elektrycznymi ró˝ne miejsca kory
mózgowej w pe∏ni przytomnych pacjentów i zapi-
sywa∏ wywo∏ywane tym odczucia. Chorzy infor-
mowali go, ˝e widzà silny b∏ysk Êwiat∏a lub s∏yszà
bli˝ej nieokreÊlony dêwi´k. Niekiedy wyst´powa∏ u
nich skurcz któregoÊ z mi´Êni lub palców.

Czasami, gdy Penfield stymulowa∏ okolic´ skro-

niowà, pacjenci odtwarzali z pami´ci doÊç z∏o˝one
obrazy. Jedna z badanych kobiet relacjonowa∏a:
„Zdawa∏o mi si´, ˝e s∏ysz´ matk´, która wo∏a swo-
je dzieci. To si´ wydarzy∏o na pewno. Kilka lat temu,
gdzieÊ, gdzie wtedy mieszka∏am”. Kiedy Penfield
pobudzi∏ inne miejsce, ta sama pacjentka powie-
dzia∏a: „Tak, s∏ysz´ g∏osy dochodzàce skàdÊ w dole
rzeki – g∏os m´˝czyzny i g∏os kobiety. KiedyÊ ju˝ wi-
dzia∏am t´ rzek´”.

Ten i inne podobne eksperymenty umo˝liwi∏y

stworzenie coraz dok∏adniejszych map funkcji ko-
rowych, dzi´ki czemu badacze zaczynali rozumieç
sposób organizacji informacji w uk∏adzie nerwo-
wym. Zacz´li wówczas traktowaç mózg jako urzà-
dzenie, które odbiera, przetwarza sygna∏y i reaguje
na nie, oraz przechowuje je w pami´ci. Teoretycz-
nych podstaw takiego modelu dostarczy∏a cyberne-
tyka – nauka o samoregulacji maszyn i organiz-
mów. Pod wp∏ywem tej dyscypliny, stworzonej w
latach czterdziestych XX wieku przez amerykaƒ-
skiego matematyka Norberta Wienera, zrodzi∏a si´
koncepcja mózgu jako maszyny cyfrowej – by∏y to
czasy pierwszych komputerów.

Mózg jako czarna skrzynka

Inny matematyk ze Stanów Zjednoczonych, John
von Neumann, potraktowa∏ potencja∏y czynnoÊcio-
we jako sygna∏y cyfrowe i wykaza∏, ˝e ka˝da ma-
szyna o dostatecznie z∏o˝onym dzia∏aniu musi byç
wyposa˝ona w urzàdzenie do przechowywania da-
nych, czyli pami´ç. Teoretycy wspó∏pracujàcy z
amerykaƒskim pionierem sztucznej inteligencji
Warrenem McCullochem wykazali, ˝e grupa neu-
ronów w istocie jest w stanie wykonywaç opera-
cje logiczne na podobieƒstwo kalkulatora. W 1960
roku Karl Steinbuch, profesor Uniwersytetu w
Karlsruhe, opracowa∏ sztucznà pami´ç skojarzenio-
wà – pierwszà tzw. sieç neuronowà, zwanà te˝ ma-
cierzà uczàcà si´ – system magazynowania infor-
macji w postaci schematu po∏àczeƒ pomi´dzy
cyfrowymi elementami przetwarzajàcymi dane.

3

Niezale˝nie od tego, czy jest poprawny czy nie

– po dziÊ dzieƒ stanowi to przedmiot za˝artych
sporów – model mózgu jako komputera okaza∏ si´
niezmiernie inspirujàcy. Proces przetwarzania in-
formacji nie jest realizowany przez konkretne ele-
menty, lecz przez struktur´ ich logicznych powià-
zaƒ – bez wzgl´du na to, czy chodzi o neurony, czy
tranzystory. Dzi´ki temu ju˝ w po∏owie XX wieku
model mózgu jako komputera przyczyni∏ si´ do
rozkwitu psychologii – nauki zajmujàcej si´ zacho-
waniami i prze˝yciami cz∏owieka.

Ju˝ myÊliciele antyczni znali zasadnicze regu∏y

wyznaczajàce ludzkie zachowania, jednak ich przy-
czyny opisywali w kategoriach metafizycznych.
Uleg∏o to zmianie pod koniec XIX wieku, gdy nie-
miecki fizjolog Wilhelm Wundt zapoczàtkowa∏ roz-
wój nauki o umyÊle – psychologii – uprawianej me-
todami stosowanymi w naukach przyrodniczych.
Wundt stara∏ si´ oddzieliç swojà dyscyplin´ z jed-
nej strony od metafizyki, a z drugiej od prymityw-
nego fizykalizmu; dlatego nie pos∏ugiwa∏ si´ poj´-
ciem „duszy”, lecz „ÊwiadomoÊci”.

Psychologów amerykaƒskich, m.in. Williama

Jamesa i Johna B. Watsona, interesowa∏y wszak˝e
prawie wy∏àcznie widzialne i mierzalne zachowa-
nia cz∏owieka – nie przywiàzywali oni wi´kszej
wagi do procesów zachodzàcych wewnàtrz umy-
s∏u i ludzkiej ÊwiadomoÊci. Dla reprezentantów te-

104

UMYS¸

JONA

THAN D. COHEN I LEIGH NYSTROM

Center for the Study of Brain, Mind and Behavior

, P

rinceton University

(na dole

)

Obecnie mapy mózgu sporzàdzane sà na podstawie obrazowania aktywnoÊci
neuronalnej. W 1997 roku Jonathan D. Cohen z Carnegie Mellon
University, pos∏ugujàc si´ metodà obrazowania za pomocà funkcjonalnego
rezonansu magnetycznego, wykaza∏ wysokà aktywnoÊç czterech obszarów
okolicy czo∏owej i ciemieniowej u ludzi, którzy podczas testu pami´ci
operacyjnej próbowali zapami´tywaç coraz d∏u˝sze ciàgi liter.

Jednà z pierwszych map ludzkiej kory mózgowej (widok z boku, z lewej
przodomózgowie) sporzàdzi∏ w 1909 roku niemiecki anatom i neurolog
Korbinian Brodmann. Wyró˝ni∏ on i ponumerowa∏ obszary kory ró˝niàce
si´ architekturà tkanki. Ró˝nice te wynika∏y, wed∏ug niego, z odmiennej
struktury wyst´pujàcych w nich sieci neuronalnych.

go kierunku, zwanego behawioryzmem, ludzie i
zwierz´ta stanowili po prostu czarne skrzynki
reagujàce na bodêce zewn´trzne – dlatego nie sta-
rali si´ oni wnikaç g∏´biej. Wskutek tego napotyka-
li coraz wi´ksze trudnoÊci w wyjaÊnianiu z∏o˝onych
zachowaƒ dotyczàcych uczenia si´, a zw∏aszcza
uczenia si´ mowy.

Tymczasem komputery uzyskiwa∏y zdolnoÊci

traktowane dotàd jako wy∏àczna domena cz∏o-
wieka, na przyk∏ad stawa∏y si´ coraz silniejszymi
przeciwnikami w grze w szachy. Podstawà tych
sukcesów wcià˝ jednak by∏y skrupulatnie napisane
przez cz∏owieka programy. Pojawi∏a si´ zatem
kwestia, czy wszelkie ludzkie procesy intelektual-
ne da si´ wyraziç w postaci algorytmicznej, tzn.
przedstawiç jako ciàg operacji logicznych.

W ten sposób zrodzi∏y si´ dwie nowe idee, które

wyznaczajà kszta∏t badaƒ nad mózgiem i umys∏em w
chwili obecnej. Pierwsza z nich g∏osi, ˝e zg∏´bienie
teoretycznych podstaw dzia∏ania komputerów mo-
˝e byç du˝ym krokiem na drodze do zrozumienia
istoty dzia∏ania mózgu; druga – ˝e byç mo˝e ludzkie
myÊlenie, uczucia i ÊwiadomoÊç nie sà zwiàzane z
materialnym pod∏o˝em mózgu, lecz stanowià wy-
nik logicznej struktury jego elementów, a zatem mo-
gà byç symulowane w komputerze.

Oba te poglàdy sta∏y si´ kamieniem w´gielnym

funkcjonalizmu, który mo˝na scharakteryzowaç
jako naczelnà doktryn´ wspó∏czesnej kognitywi-
styki. NiegdyÊ przyrównywano mózg do fontanny
czy te˝ koÊcielnych organów, choç dla ka˝dego
oczywiste by∏o, ˝e w rzeczywistoÊci mózg nie jest
ani jednym, ani drugim. Funkcjonalizm natomiast
przyjmuje, ˝e mózg nie tylko przypomina kompu-
ter – on jest komputerem. Wówczas za prawd´ na-
le˝y uznaç tak˝e tez´ odwrotnà, a wi´c realnà mo˝-
liwoÊç zbudowania pe∏nowartoÊciowego mózgu na
bazie komputera, wyposa˝enia go w cia∏o i stworze-
nia w ten sposób robota, którego nie da si´ odró˝-
niç od ˝ywego cz∏owieka.

Niektórzy propagatorzy tych idei kreÊlà wizj´

Êwietlanej przysz∏oÊci, jaka ma czekaç ludzkoÊç.
Gdy na przyk∏ad w 1990 roku dziennikarze zapy-
tali Marvina Minsky’ego z MIT, specjalist´ od
sztucznej inteligencji, czy roboty b´dà kiedyÊ rzà-
dziç Êwiatem, ten odpowiedzia∏: „Owszem, ale nie
powinno to wzbudzaç naszych obaw, poniewa˝ ty-
mi robotami b´dziemy my sami. JeÊli nanotechno-
logia umo˝liwi nam wymian´ wszystkich elemen-
tów naszego cia∏a, ∏àcznie z mózgiem, b´dziemy
d∏u˝ej ˝yç, posiàdziemy wi´kszà màdroÊç i zdol-
noÊci, o jakich nam si´ dotàd nie Êni∏o”.

Dzi´ki nowoczesnym metodom obrazowania ba-
dacze uzyskujà wglàd w to, co dzieje si´ w mózgu
Êwiadomie dzia∏ajàcych osób, i próbujà ustaliç, w
jakim stopniu aktywnoÊç mózgu ma charakter ma-
terialny. Obecnie wiemy ju˝, ˝e percepcja bodêców
o okreÊlonej modalnoÊci, jak równie˝ impulsów
pochodzenia psychicznego oraz z∏o˝one procesy
umys∏owe, jak widzenie czy mowa, zwiàzane sà z
pobudzeniem neuronów w ÊciÊle okreÊlonych ob-
szarach mózgu – oznacza to powrót do idei
lokalizacji funkcji i mapowania mózgu, które ostat-
nio zacz´∏y schodziç na drugi plan.

Realizm czy science fiction

Najnowsze badania sprawi∏y, ˝e pytanie o zwiàzek
mi´dzy cia∏em i duszà, a wi´c mi´dzy mózgiem i
ÊwiadomoÊcià, ponownie znalaz∏o si´ w centrum
uwagi. W∏aÊnie w tej kwestii funkcjonalizm ewi-
dentnie zawodzi – komputer mo˝e byç co najwy˝ej
metaforà dla zaledwie niektórych aspektów funk-
cjonowania mózgu.

Dzieje badaƒ nad mózgiem majà jeden wyraêny

rys – badacze nieustannie radykalnie modyfikujà
lub wr´cz odrzucajà wczeÊniejsze koncepcje, na-
wet dobrze uzasadnione empirycznie, które stano-
wi∏y niejednokrotnie punkt wyjÊcia ich w∏asnych

poszukiwaƒ. W ciàgu ostatnich kilkudziesi´ciu lat
neurobiologia wkroczy∏a odwa˝nie w Êwiat czàste-
czek i reakcji chemicznych, ale niemal ˝aden z ak-
tualnie proponowanych molekularnych modeli funk-
cjonowania uk∏adu nerwowego nie wykracza poza
sfer´ poj´ciowà fizyki klasycznej. Czy˝ jednak wy-
jaÊnienie dzia∏ania mózgu za pomocà XIX-wiecz-
nej nauki jest w ogóle mo˝liwe? Byç mo˝e klucza do
jego tajemnic nale˝y szukaç w mechanice kwanto-
wej i chemii kwantowej; niewykluczone, ˝e ju˝ nie-
bawem to one b´dà nadawaç ton w neurobiologii.
Perspektywa historyczna zmusza nas, by zadaç py-
tanie, które z modeli, jakimi dzisiaj si´ pos∏ugujemy,
ustàpià miejsca nowym koncepcjom.

n

1

Polskie t∏umaczenie terminu spiritus animalis na podstawie ksià˝-

ki W∏adys∏awa Szumowskiego Historia medycyny; PZWL, 1961.

2

Za odkrycia te wspólnie uhonorowani zostali w 1936 roku Na-

grodà Nobla.

3

Natomiast ju˝ w 1958 roku w Psychological Review ukaza∏a si´

praca psychologa Franka Rosenblatta na temat pierwszego sys-
temu z∏o˝onego ze sztucznych neuronów, tzw. perceptronu.

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

105

Literatura uzupe∏niajàca

u

Origins of Neuroscience. Stanley Finger; Oxford University Press, 1994.

u

Foundations of the Neuron Doctrine. Gordon M. Shepherd; Oxford Univer-

sity Press, 1991.

Niemal wszystkie modele funkcjonowania uk∏adu

nerwowego oparte sà na XIX-wiecznej fizyce. Mo˝e klucz

do tajemnic mózgu kryje si´ w chemii kwantowej…