Mó˝d˝ek

, d∏ugo uwa˝any jedynie

za koordynatora ruchów cia∏a,

jest aktywny

podczas wielu czynnoÊci poznawczych

WRZESIE¡ 2003

ÂWIAT NAUKI

59

Ma∏y

„Z ty∏u naszej czaszki, przy pniu mózgu, okryta p∏aszczem wiel-

kich pó∏kul, znajduje si´ gruda szarej i bia∏ej tkanki nerwowej w

kszta∏cie fasoli i wielkoÊci pi∏ki tenisowej. To mó˝d˝ek – ma∏y mózg.”

FRANK IPPOLITO

Tak zaczyna si´ napisany w 1958 roku przez Raya
S. Snidera z Northwestern University artyku∏,
który mia∏ przybli˝yç t´ struktur´ czytelnikom
Scientific American. Dalej czytamy: „W przeci-
wieƒstwie do mózgu, w którym znaleziono oÊrod-
ki tak wielu wa˝nych czynnoÊci psychicznych,
mó˝d˝ek pozostaje wcià˝ nieodgadniony, a jego
funkcje ukryte przed badaczami.” Gdy po 17 la-

tach ukaza∏ si´ kolejny artyku∏ na ten temat, je-
go autor Rodolfo R. Llinás (obecnie zatrudniony
w New York University Medical Center) stwier-
dzi∏ z ca∏à stanowczoÊcià: „Nie ma ˝adnej wàt-
pliwoÊci, ˝e mó˝d˝ek jest centralnym oÊrodkiem
odpowiedzialnym za koordynacj´ ruchów.”

Jednak ostatnio funkcja tej struktury sta∏a

si´ ponownie przedmiotem sporu. KognitywiÊci,

wielki

mó˝d˝ek

James M. Bower i Lawrence M. Parsons

korzystajàcy z nowych technik obra-
zowania czynnoÊci mózgu, odkryli, ˝e
ludzki mó˝d˝ek jest aktywny podczas
wielu czynnoÊci nie zwiàzanych bez-
poÊrednio z wykonywaniem ruchów.
Nowoczesne metody badaƒ funkcji
poznawczych wykaza∏y, ˝e uszkodzenia
pewnych jego okolic mogà spowodo-
waç nieprzewidywalne zaburzenia rów-
nie˝ innych procesów, szczególnie
szybkiego i precyzyjnego odbierania in-
formacji czuciowej. Z niektórych da-
nych wynika, ˝e odgrywa on wa˝nà rol´
w takich zjawiskach lub procesach, jak
pami´ç krótkotrwa∏a, koncentracja, sa-
mokontrola, emocje, czynnoÊci poznaw-
cze, umiej´tnoÊci planowania, a nie-
wykluczone, ˝e tak˝e w niektórych
chorobach psychicznych, na przyk∏ad

w schizofrenii i autyzmie. Badania neu-
robiologiczne – dotyczàce zarówno
wzorca wejÊç (synaps) czuciowych do
mó˝d˝ku, jak i sposobów przetwarza-
nia otrzymanych informacji – sugerujà
potrzeb´ zweryfikowania naszego po-
glàdu na temat jego funkcji. Mó˝d˝ek
ponownie zaintrygowa∏ badaczy.

Kiedy patrzymy z perspektywy czasu,

nie dziwi nas, ˝e mó˝d˝ek nie jest jedy-
nie koordynatorem ruchów. Jego du˝a
masa i skomplikowana budowa wska-
zywa∏yby na znacznie wi´kszà i bardziej
z∏o˝onà rol´ tego narzàdu. Po korze –
pofa∏dowanej powierzchni pó∏kul móz-
gowych – jest drugà pod wzgl´dem roz-
miarów strukturà odpowiedzialnà za
wiele istotnych funkcji mózgu. Podob-
nie jak w korze mózgowej cz∏owieka

wiele sieci nerwowych mieÊci si´ w sto-
sunkowo ma∏ej obj´toÊci dzi´ki silnemu
pofa∏dowaniu. Jednak w porównaniu z
korà mó˝d˝ek ma znacznie wi´cej fa∏d,
a u wielu ssaków to jedyna pofa∏dowa-
na struktura mózgu. Po rozprostowaniu
mó˝d˝ek cz∏owieka mia∏by powierzch-
ni´ 1128 cm

2

, czyli nieco wi´cej ni˝ ko-

perta p∏yty winylowej. To ponad po∏owa
∏àcznej powierzchni kory obu pó∏kul
mózgu, która wynosi 1900 cm

2

.

Mó˝d˝ek na pewno odgrywa istotnà

rol´, gdy˝ nie tylko przetrwa∏, ale i zwi´k-
szy∏ swe rozmiary w toku ewolucji.
Wprawdzie dla biologów miarà rozwo-
ju ludzkiego mózgu jest rozrost jego ko-
ry, ale – jak mo˝na sàdziç na podstawie
skamienia∏ych czaszek – mó˝d˝ek rów-
nie˝ powi´kszy∏ si´ istotnie w ciàgu mi-
liona lat historii ludzkoÊci. Jednak naj-
bardziej charakterystycznà jego cechà
jest to, ˝e zawiera wi´cej komórek ner-
wowych (neuronów) ni˝ reszta mózgu.
Co wi´cej, struktura ich po∏àczeƒ pozo-
sta∏a w zasadzie taka sama przez ponad
400 mln lat ewolucji kr´gowców [ramka
na nast´pnej stronie

]. Organizacja neu-

ronalnej sieci mó˝d˝kurekina jest nie-
mal taka sama jak cz∏owieka.

Nie tylko ruch

W PO

¸OWIE

XIX WIEKU

fizjolodzy zauwa˝y-

li, ˝e usuni´cie mó˝d˝ku skutkuje na-
tychmiast problemami z koordynacjà
ruchów, wysun´li wi´c hipotez´, ˝e na-
rzàd ten odpowiada za ich kontrol´. Pod-
czas pierwszej wojny Êwiatowej angiel-
ski neurolog Gordon Holmes wzbogaci∏
te spostrze˝enia o wiele szczegó∏ów –
chodzi∏ od namiotu do namiotu na linii
frontu i dokumentowa∏ brak koordyna-
cji ruchów u rannych ˝o∏nierzy, których
mó˝d˝ek uleg∏ urazowi.

Jednak w ciàgu ostatnich 15 lat no-

we techniki badawcze zburzy∏y ten
spójny obraz. W 1989 roku Richard B.
Ivry i Steven W. Keele z University of
Oregon zaobserwowali, ˝e pacjenci z
uszkodzeniami mó˝d˝ku nie potrafià
prawid∏owo oceniç czasu trwania dêwi´-
ku ani okresu rozdzielajàcego dwa
dêwi´ki. Na poczàtku lat dziewi´ç-
dziesiàtych badacze pod kierunkiem
Julie A. Fiez z Washington University
stwierdzili, ˝e chorzy z uszkodzonym
mó˝d˝kiem pope∏niajà wi´cej b∏´dów
podczas wykonywania niektórych za-
daƒ werbalnych. Na przyk∏ad pewien
pacjent, gdy pokazano mu obrazek ma-
szynki do golenia, potrzebowa∏ wi´cej

60

ÂWIAT NAUKI WRZESIE¡ 2003

n

Mó˝d˝ek le˝y u podstawy mózgu. Z∏o˝ona sieç jego po∏àczeƒ neuronalnych pozosta∏a

praktycznie taka sama przez ca∏y okres ewolucji kr´gowców.

n

Tradycyjny poglàd, zgodnie z którym mó˝d˝ek koordynuje ruchy, jest podwa˝any

przez badania Êwiadczàce o jego aktywnoÊci podczas wykonywania wielu zadaƒ.
Zapewne w wi´kszym stopniu jest on odpowiedzialny za koordynowanie funkcji
czuciowych ni˝ czysto ruchowych.

n

Usuni´cie mó˝d˝ku u m∏odych osób cz´sto objawia si´ kilkoma ró˝nymi zaburzeniami

zachowania, co mo˝e Êwiadczyç, ˝e inne obszary mózgu przejmujà jego funkcje.

Przeglàd /

Mó˝d˝ek

WI¢KSZY, NI˚ SÑDZISZ

ROZPROSTOWANIE ludzkiego mó˝d˝ku i kory (zewn´trznej warstwy pó∏kul mózgowych)
pokazuje, ˝e jego powierzchnia jest mniej wi´cej taka jak jednej pó∏kuli, choç w stanie
pofa∏dowanym zajmuje on znacznie mniej miejsca. O jego wa˝noÊci Êwiadczà rozmiar
i z∏o˝ona budowa.

ALICE Y

. CHEN; èRÓD¸

O: DA

V

ID C. V

AN ESSEN

W

ashington University School of Medicine

Pó∏kule mózgowe

Rozprostowany

mó˝d˝ek

Rozprostowana kora

prawej pó∏kuli mózgu

Rozprostowana kora

lewej pó∏kuli mózgu

Mó˝d˝ek

WRZESIE¡ 2003

ÂWIAT NAUKI

61

BUDOWA MÓ˚D˚KU

PODSTAWOWE CECHY sieci nerwowej mó˝d˝ku sà znane od czasu

opublikowania pod koniec XIX stulecia s∏ynnej pracy hiszpaƒskiego

neuroanatoma Santiago Ramóna y Cajala. G∏ównym neuronem jest

komórka Purkinjego, nazwana na czeÊç czeskiego fizjologa

Johannesa E. Purkinjego, który opisa∏ jà w 1837 roku. Jest ona

jedynym wyjÊciem kory mó˝d˝ku i jednym z najwi´kszych

neuronów uk∏adu nerwowego. Ma wyjàtkowo du˝o wejÊç (synaps)

– 150–200 tys., o rzàd wi´cej ni˝ jakikolwiek inny neuron w korze

mózgu. WejÊcia te prowadzà g∏ównie od jednego z najmniejszych

neuronów kr´gowców – komórki ziarnistej mó˝d˝ku. Neurony te

sà w mózgu najliczniej reprezentowane, na jednym milimetrze

kwadratowym jest ich 6 mln. Aksony, czyli wypustki przewodzàce

sygna∏y od tych komórek, wznoszà si´ do góry z warstwy neuronów

ziarnistych, tworzàc wiele po∏àczeƒ z odpowiednià komórkà

Purkinjego. Potem rozwidlajà si´ w przeciwnych kierunkach i biegnà

równolegle do powierzchni mó˝d˝ku, krzy˝ujàc si´ z dendrytami

komórek Purkinjego. W ten sposób komunikujà si´ z setkami

tych komórek. Komórki ziarniste ∏àczà si´ równie˝ z trzema

innymi typami neuronów: gwiaêdzistymi, koszyczkowatymi

i Golgiego, które uczestniczà w modulowaniu sygna∏ów wysy∏anych

przez komórki ziarniste i Purkinjego. Tak jest w ka˝dym mó˝d˝ku,

co Êwiadczy, ˝e jego funkcja musi byç odzwierciedleniem struktury.

ALICE Y

. CHEN

Równoleg∏e

w∏ókna komórek

ziarnistych

Neuron

koszyczkowaty

Wst´pujàcy

akson komórki

ziarnistej

Komórki ziarniste

Powi´kszony
obszar

Komórki
ziarniste

Komórka

Purkinjego

Neuron
Golgiego

Neuron gwiaêdzisty

Dendryty
komórek
Purkinjego

czasu na znalezienie w∏aÊciwego cza-
sownika (goliç si´). ¸atwiej przychodzi-
∏y mu na myÊl s∏owa, które jà opisywa∏y,
na przyk∏ad „ostra”.

W nowszych badaniach wykazaliÊmy,

˝e pacjenci cierpiàcy na choroby neu-
rodegeneracyjne, w których nast´pstwie
dochodzi do zmniejszenia rozmiarów
mó˝d˝ku, majà znacznie cz´Êciej trudno-
Êci z ocenà niewielkich ró˝nic wyso-
koÊci dwóch tonów. Równie˝ Peter Thier
ze wspó∏pracownikami z Uniwersy-
tetu w Tybindze w Niemczech stwier-
dzi∏, ˝e osoby, które majà mniejszy lub
cz´Êciowo albo ca∏kowicie uszkodzony
mó˝d˝ek, cz´Êciej pope∏niajà b∏´dy w te-
stach polegajàcych na ustaleniu wyst´-
powania, szybkoÊci i kierunku rucho-
mych bodêców. Hermann Ackermann
ze wspó∏pracownikami, równie˝ z Uni-
wersytetu w Tybindze, zaobserwowa∏,
˝e chorzy, u których nastàpi∏o zwyrod-
nienie mó˝d˝ku, majà wi´ksze trudnoÊci
z rozró˝nieniem podobnie brzmiàcych
wyrazów, jak na przyk∏ad „piç” i „biç”.

Zaburzenia zwiàzane z uszkodzeniem

tego fragmentu mózgu mogà dotyczyç
nie tylko mowy, widzenia i s∏uchu. Je-
remy D. Schmahmann z Massachusetts
General Hospital opisa∏ problemy ze
stopniowaniem emocji u doros∏ych i
dzieci. Bodziec, który u wi´kszoÊci zdro-
wych wywo∏uje umiarkowanà reak-
cj´, u nich nie wywo∏ywa∏ ˝adnej lub
nadmiernà. Inni badacze wykazali, ˝e
doroÊli z uszkodzonym mó˝d˝kiem opóê-
niali si´ z odpowiedzià i cz´Êciej pope∏-
niali b∏´dy w testach na orientacj´ prze-
strzennà, na przyk∏ad w okreÊlaniu, czy
kszta∏ty obiektów widzianych pod ró˝-
nym kàtem do siebie pasujà.

Niektórzy naukowcy równie˝ dyslek-

sj´ wià˝à z wadliwym funkcjonowaniem
mó˝d˝ku. Rod I. Nicolson ze wspó∏pra-
cownikami z University of Sheffield w
Wielkiej Brytanii stwierdzi∏ na przyk∏ad,
˝e dyslektycy i pacjenci z uszkodzonym
mó˝d˝kiem majà podobne trudnoÊci w

uczeniu si´ i ˝e u pierwszych obserwu-
je si´ te˝ mniejszà jego aktywnoÊç pod-
czas wykonywania pewnych zadaƒ.

Z innych ostatnio przeprowadzonych

badaƒ wynika, ˝e mó˝d˝ek mo˝e odpo-
wiadaç za pami´ç operacyjnà, koncen-
tracj´ i takie czynnoÊci, jak planowanie
i samokontrola. W 1992 roku Jordan
Grafman wraz z zespo∏em z National
Institutes of Health zaobserwowa∏ u
osób cierpiàcych na zanik mó˝d˝ku pro-
blemy z planowaniem ruchów niezb´d-
nych do rozwiàzania zadania zwanego
wie˝à Hanoi, w którym krà˝ki o ró˝-
nych Êrednicach nale˝y umieszczaç na

ko∏kach wed∏ug okreÊlonych regu∏. Dwa
niezale˝ne badania polegajàce na obra-
zowaniu czynnoÊci mózgu przeprowa-
dzone w 1997 roku wykaza∏y, ˝e mó˝-
d˝ek zdrowych ochotników by∏ aktywny,
gdy mieli przypomnieç sobie ciàg liter
us∏yszanych chwil´ wczeÊniej lub zna-
leêç wzorzec okreÊlonego obrazka. W
2002 roku Xavier Castallanos, Judith L.
Rapoport i inni pracownicy National In-
stitute of Mental Health stwierdzili, ˝e
mó˝d˝ek dzieci z zespo∏em nadpobudli-
woÊci ruchowej z deficytem uwagi
(ADHD – attention-deficit hyperactivi-
ty disorder), które cechuje nadmierna
reaktywnoÊç na bodêce, jest mniejszy.
Wyniki badaƒ z obrazowaniem czyn-
noÊci mózgu zdrowych ludzi i zwierzàt
Êwiadczà, ˝e mó˝d˝ek jest aktywny pod-
czas takich czynnoÊci, jak s∏yszenie, od-
czuwanie zapachu, pragnienia, g∏odu,
bólu czy braku powietrza, oraz w cza-
sie Êwiadomego wykonywania ruchów.

W naszym przekonaniunowe dane nie

pasujà do klasycznej teorii koordyna-
cji ruchu przez mó˝d˝ek. DoszliÊmy do
tego wniosku dzi´ki intensywnym bada-

62

ÂWIAT NAUKI WRZESIE¡ 2003

JAMES M. BOWER i LAWRENCE M. PARSONS pracujà w Research Imaging Center w Uni-
versity of Texas Health Science Center w San Antonio, w którym Bower jest profesorem neu-
robiologii obliczeniowej, a Parsons – neurokognitywistyki. Bower – b´dàcy równie˝ profe-
sorem w Cajal Neuroscience Center w University of Texas w San Antonio – jest za∏o˝ycielem
Journal of Computational Neuroscience

i pomys∏odawcà mi´dzynarodowych dorocznych

spotkaƒ specjalistów neurofizjologii obliczeniowej (Annual Computational Neuroscience
Meeting). Od dawna zaanga˝owany w dydaktyk´, nale˝y do grona twórców edukacyjnej
strony internetowej przeznaczonej dla dzieci (Whyville. net). Parson by∏ odpowiedzialny za utwo-
rzenie programu neurokognitywistyki w National Science Foundation. Jest cz∏onkiem za∏o-
˝ycielem zespo∏u redakcyjnego czasopisma Human Brain Mapping i cz∏onkiem zarzàdu
International Foundation for Music Research.

O

AUTORACH

POKR¢TNA NATURA MÓ˚D˚KU

POSZCZEGÓLNE OBSZARY PYSKA SZCZURA sà reprezentowane w kilku miejscach
mó˝d˝ku. Na przyk∏ad podczas dotykania dolnej wargi tego gryzonia zauwa˝a si´
elektrycznàaktywnoÊç w odleg∏ych miejscach kory mó˝d˝ku. Taki typ jego organizacji
mo˝e odpowiadaç za zdolnoÊç do integrowania ró˝nych informacji czuciowych
nap∏ywajàcych z wielu cz´Êci cia∏a, kiedy zwierz´ bada otoczenie.

ALICE Y

. CHEN

Pole reprezentacyjne

w korze mó˝d˝ku

Mózg szczura

Mó˝d˝ek

Przednie wàsy

Warga górna

Wn´trze pyska

Warga dolna

Siekacz górny

Siekacz dolny

KLUCZ

niom tych jego obszarów, które sà ak-
tywne podczas dotykania. Bower rozpo-
czà∏ t´ prac´ ponad 20 lat temu w pra-
cowni Wallace’a I. Welkera w University
of Wisconsin-Madison, jeszcze jako ma-
gistrant. W badaniach zastosowa∏ tech-
nik´ zwanà mikromapowaniem – lekko

dotyka∏ rozmaitych cz´Êci cia∏a szczu-
rów i rejestrowa∏ elektrycznà aktywnoÊç
ma∏ych grup neuronów w ich mózgu.

Bodêce dotykowe stymulujà czynnoÊç

w du˝ej cz´Êci mó˝d˝ku [ilustracja na
poprzedniej stronie

]. Co wi´cej, mapa ta

jest nieuporzàdkowana. Do sàsiadujà-
cych obszarów mó˝d˝ku cz´sto docho-
dzà sygna∏y z odleg∏ych od siebie rejo-
nów cia∏a i na odwrót – do okolic tego
narzàdu po∏o˝onych daleko od siebie
nap∏ywajà bodêce z po∏o˝onych blisko
siebie cz´Êci organizmu. Taka reprezen-
tacja ró˝ni si´ od obserwowanej w korze
mózgu. Tam zwiàzki przestrzenne mi´-
dzy poszczególnymi obszarami cia∏a
znajdujà Êcis∏e odzwierciedlenie w re-
jonach kory, które odbierajà i wysy∏ajà
sygna∏y do tych obszarów.

Choç natura map mó˝d˝ku jest nie-

zwyk∏a, badaczy jeszcze bardziej zasko-
czy∏o odkrycie, ˝e u szczura dociera do
niego g∏ównie informacja z powierzch-
ni pyszczka. W pierwszej chwili nie wie-
dzieliÊmy, o co chodzi, gdy˝ wczeÊniej
Snider wykaza∏, ˝e do wi´kszoÊci obsza-
ru dotykowego w mó˝d˝ku kota nap∏y-
wajà informacje z przednich ∏ap, u ma∏p
zaÊ rejon ten jest aktywny, gdy dotyka
si´ ich palców.

Koordynator czucia

RÓ

˚NICE

mi´dzy reprezentacjami po-

wierzchni cia∏a w mó˝d˝ku zwierzàt
ró˝nych gatunków zmuszajà do zada-
nia pytania, w czym pysk szczura jest
podobny do przednich ∏ap kota lub pal-
ców ma∏py? Z badaƒ przeprowadzonych
w University of Wisconsin-Madison wy-
nika, ˝e ka˝da z tych cz´Êci cia∏a jest
u˝ywana do poznawania Êrodowiska
zmys∏em dotyku. Szczurom s∏u˝y do te-
go pyszczek. Nieuporzàdkowana struk-
tura map czucia dotyku wspiera∏a tez´,
˝e mó˝d˝ek w jakiÊ sposób porównu-

je dane nap∏ywajàce z ró˝nych cz´Êci
cia∏a u˝ywanych przez zwierz´ta do roz-
poznawania Êrodowiska. Mapy te wy-
dajà si´ odzwierciedlaç stopieƒ wyko-
rzystania tych cz´Êci cia∏a, a nie ich
po∏o˝enie. Hipoteza, ˝e mó˝d˝ek szczu-
ra porównuje informacj´ czuciowà do-

cierajàcà z ró˝nych okolic pyska, zosta-
∏a poparta badaniami modelowymi i
doÊwiadczeniami, których celem by∏o
sprawdzenie, jak owa cz´Êç mózgu od-
powiada na pobudzenie tych wejÊç. W

ten sposób powsta∏a nowa teoria na te-
mat funkcji mó˝d˝ku, wed∏ug której ko-
ordynuje on pozyskiwanie przez mózg
danych czuciowych.

Wysuwanie nowych hipotez na te-

mat funkcjonowania mózgu to nic
trudnego. Co innego, gdy dotyczà one

powszechnie przyj´tego od po∏owy
XIX wieku poglàdu, ˝e mó˝d˝ek jest
oÊrodkiem koordynacji ruchów. W tym
przypadku zadanie by∏o trudniejsze,
gdy˝ oÊrodki czucia i ruchu w mózgu

WRZESIE¡ 2003

ÂWIAT NAUKI

63

RUDOLF VAN’T HOFF ze stanu Maryland ma uszkodzony mó˝d˝ek wskutek bezw∏adu rdze-
niowo-mó˝d˝kowego typu 1, rzadkiej choroby genetycznej dotykajàcej osoby w Êrednim wieku.
Spowodowa∏a ona u niego zaburzenia równowagi, mowy i koordynacji oraz zdolnoÊci do rozró˝-
niania niektórych dêwi´ków. Gdy Hoff siada na traktor, przypina si´ do niego elastycznà linkà.

CHRIS HAR

TL

OVE

Mó˝d˝ek jest odpowiedzialny w wi´kszym stopniu

za

FUNKCJE CZUCIOWE

ni˝

RUCHOWE

.

sà ze sobà wyjàtkowo silne powiàzane,
zw∏aszcza gdy chodzi o czucie dotyku.
Chcàc si´ upewniç, ˝e zaobserwowane
przez nas efekty by∏y zwiàzane jedynie
z czynnoÊcià czuciowà, a nie ruchowà,
musieliÊmy rozpoczàç badania z udzia-
∏em ludzi. W odró˝nieniu od szczurów
mogà oni zastosowaç si´ do polecenia i
wykonaç ruch bàdê nie. Wtedy w∏aÊnie
zacz´∏a si´ moja wspó∏praca z Peterem
T. Foxem z University of Texas Health
Science Center w San Antonio.

PostanowiliÊmy przeprowadziç bada-

nia z wykorzystaniem techniki obrazo-

wania mózgu, by porównaç czynnoÊç
mó˝d˝ku ochotników, gdy palcami roz-
ró˝niali ma∏e przedmioty lub podnosili je
i upuszczali. Wed∏ug wczeÊniejszych teo-
rii, precyzyjna koordynacja ruchów pal-
ców przy podnoszeniu i upuszczaniu ma-
∏ych przedmiotów powinna skutkowaç
znacznie wi´kszà aktywnoÊcià mó˝d˝-
ku. StwierdziliÊmy jednak, ˝e podczas
wykonywania tego zadania by∏a ona nie-
wielka, natomiast w czasie dotykania
przedmiotów bardzo du˝a. Spostrze˝e-
nie to umocni∏o nas w przekonaniu, ˝e
mó˝d˝ek jest bardziej zaanga˝owany w

czynnoÊci czuciowe ni˝ ruchowe, a
szczególnà aktywnoÊç wykazuje podczas
zdobywania informacji czuciowej.

˚ycie bez mó˝d˝ku

NASZA HIPOTEZA

pozyskiwania informa-

cji czuciowej jest jednà z kilku nowych
teorii powsta∏ych dzi´ki coraz liczniej-
szym dowodom, ˝e rolà mó˝d˝ku jest
nie tylko zawiadywanie ruchem. W wie-
lu przypadkach nowe dane wykorzysta-
no dzi´ki rozszerzeniu istniejàcych teo-
rii na temat koordynacji ruchów tak, by
uwzgl´dnia∏y równie˝ nie zwiàzane z

64

ÂWIAT NAUKI WRZESIE¡ 2003

MA

TT COLLINS (

rysunki

); PRZEDRUK Z PRACY JIA HONGA GAO

I IN. OPUBLIK

O

W

ANEJ W 272 TOMIE

SCIENCE

Z 22 K

WIETNIA

1996 (

obrazy mózgu

)

BADANIE FUNKCJI MÓ˚D˚KU

BY STWIERDZIå, jakà rol´ pe∏ni mó˝d˝ek

w koordynacji ruchów i integrowaniu wejÊç

czuciowych, zaplanowaliÊmy czterocz´Êciowe

doÊwiadczenie. Chcàc oceniç aktywnoÊç mó˝d˝ku

u szeÊciu zdrowych osób podczas dra˝nienia

ich nieruchomych palców lub gdy podnosi∏y

i upuszcza∏y ma∏e przedmioty, wykorzystaliÊmy

funkcjonalny rezonans magnetyczny. Najpierw

unieruchomiliÊmy d∏onie badanego i pocieraliÊmy

kawa∏kiem papieru Êciernego opuszki palców (a).

Niekiedy prosiliÊmy go, by porówna∏ szorstkoÊç

dwóch ró˝nych typów papieru (b). Ta faza

eksperymentu dotyczy∏a wy∏àcznie bodêców

czuciowych, z tym ˝e drugie zadanie

wymaga∏o od uczestników podania,

jakie wra˝enia odbierajà ka˝dà z d∏oni.

Kolejna cz´Êç doÊwiadczenia polega∏a na badaniu

zarówno elementów czuciowych, jak i ruchowych.

Ochotnik wk∏ada∏ d∏onie do dwóch woreczków

(ka˝dà do innego), w których znajdowa∏y si´

klocki ró˝niàce si´ rozmiarami i fakturà.

W pierwszym zadaniu (c) badany mia∏ je

jedynie losowo chwytaç i upuszczaç.

W drugim (d) – porównaç kszta∏t

i rodzaj powierzchni dwóch kulek,

które trzyma∏ w d∏oniach.

Podczas chwytania i upuszczania

kulek (c) zarejestrowano bardzo ma∏à

aktywnoÊç mó˝d˝ku. By∏a ona wy˝sza w czasie

oceny wra˝eƒ zmys∏owych, zarówno gdy

badany porusza∏ d∏oƒmi (d), jak i przy biernym

ró˝nicowaniu trzymanych obiektów (b).

Te wyniki i inne dane potwierdzajà naszà

hipotez´, ˝e g∏ównà rolà mó˝d˝ku jest

raczej przetwarzanie informacji

czuciowej ni˝ koordynacja ruchów.

CZUCIE BIERNE

Brak ruchu

CZUCIE AKTYWNE

Brak ruchu

Mó˝d˝ek

Ruch

Ruch

Obszar czynny

a

b

c

d

Drobno-
ziarnisty
papier
Êcierny

Grubo-
ziarnisty
papier
Êcierny

nimi wyniki. Ivry optowa∏ za hipotezà,
˝e mó˝d˝ek odpowiada za ogólnà koor-
dynacj´ zjawisk w czasie, zapewniajàc
w∏aÊciwà sekwencj´ czasowà ruchów
cia∏a, na przyk∏ad koordynuje zmian´
kàtów ustawienia koÊci w stawach pod-
czas ruchu koƒczyn. Mechanizm ten

mia∏by te˝ odpowiadaç za mierzenie
czasu trwania takich bodêców zmys∏o-
wych, jak obrazy i dêwi´ki.

Zdaniem innych, mó˝d˝ek nie tylko

u∏atwia wykonywanie precyzyjnych ru-
chów, ale równie˝ umo˝liwia przetwa-
rzanie informacji zwiàzanej z nastrojem
i myÊleniem. Schmahmann wyrazi∏ taki
poglàd w 1991 roku, a Nancy C. Andrea-
son z University of Iowa odnios∏a go w
1996 roku do schizofrenii. Wed∏ug niej,
ubytki mó˝d˝ku mogà byç przyczynà
nasilania si´ zaburzeƒ czynnoÊci mental-
nych, charakterystycznych dla tej choro-
by. Inni sugerowali, ˝e obszary mó˝d˝-
ku, które powi´kszy∏y si´ radykalnie w
czasie ewolucji cz∏owieka, zapewniajà
moc obliczeniowà niezb´dnà do wyko-
nywania zadaƒ psychologicznych, które
sà usuwane z kory mózgowej, gdy jest
ona przecià˝ona.

W miar´ zwi´kszania si´ liczby przy-

padków, w których ulega zmianie ak-
tywnoÊç mó˝d˝ku, przypisuje mu si´
coraz wi´cej funkcji. Nale˝y tak˝e wyja-
Êniç, jak pojedyncza struktura mózgu,
której sieç nerwowa jest zorganizo-
wana wed∏ug jednolitego, powtarzajà-
cego si´ wzorca, mo˝e odgrywaç inte-
grujàcà rol´ tak wielu ró˝nych funkcji i
zachowaƒ.

Jeszcze bardziej zaskakuje, ˝e niektó-

rzy ludzie z uszkodzonym mó˝d˝kiem
mogà wyzdrowieç. Wprawdzie jego usu-
ni´cie powoduje poczàtkowo zaburzenie
koordynacji ruchów, to pacjenci (zw∏asz-
cza m∏odzi) po pewnym czasie w zadzi-
wiajàcym stopniu odzyskujà sprawnoÊç.
Taka plastycznoÊç jest dobrze znana, lecz
podobne uszkodzenie pierwszorz´do-
wych obszarów kory czuciowej lub ru-
chowej na ogó∏ powoduje u cz∏owieka
i zwierzàt powa˝ne trwa∏e zaburzenia
okreÊlonych funkcji organizmu.

Niektórzy badacze ˝artowali nawet,

˝e byç mo˝e mó˝d˝ek kompensuje pe∏-
nione przez siebie funkcje przez samà
swojà nieobecnoÊç. Jest jednak ma∏o
prawdopodobne, by funkcje tak du˝ej
i z∏o˝onej struktury by∏y znikome lub
˝adne. Wydaje si´, ˝e to pozosta∏a cz´Êç

mózgu mo˝e w pewnym stopniu zastà-
piç mó˝d˝ek.

Zagadkowà zachowawczoÊç mó˝d˝-

ku t∏umaczy kilka teorii, ∏àcznie z tymi,
wed∏ug których koordynuje on ruch.
Uwa˝amy, ˝e zdolnoÊç mózgu do kom-
pensowania braku mó˝d˝ku Êwiadczy
o jego ogólnej, pomocniczej funkcji.
Zgodnie z hipotezà koordynacji czu-
ciowej, której jesteÊmy zwolennikami,
mó˝d˝ek nie odpowiada za ˝adne kon-
kretne zachowanie ani procesy psycho-
logiczne. Jest raczej strukturà pomoc-
niczà dla reszty mózgu. Nadzoruje
nap∏ywajàce dane czuciowe i nieprze-
rwanie dostraja proces pozyskiwania
informacji, co zapewnia mo˝liwie naj-
wy˝szà jego jakoÊç.

Przypuszczamy, ˝e takie dostrajanie

polega na uwzgl´dnianiu subtelnych
zmian w u∏o˝eniu odbierajàcych bodê-
ce palców cz∏owieka, wàsów szczura,
siatkówki czy ucha wewn´trznego. Ja-
ko struktura pomocnicza powinien byç
aktywny w ró˝nych warunkach, zw∏asz-
cza wymagajàcych szczególnej kontro-
li nap∏ywajàcych, a byç mo˝e i zapa-
mi´tywanych informacji czuciowych.
JeÊli mó˝d˝ek zosta∏ powa˝nie usz-
kodzony lub usuni´ty, inne uk∏ady
mózgu mogà na ogó∏ skompensowaç
brak koordynacji danych czuciowych
dzi´ki alternatywnym strategiom ich
przetwarzania.

O poprawnoÊci tego za∏o˝enia Êwiad-

czy fakt, ˝e ruchy osób z uszkodzonym

mó˝d˝kiem sà spowolnione i prostsze,
tak jakby narzàd ten zosta∏ u nich wy-
∏àczony. Jest to rozsàdna strategia. Kon-
tynuowanie pracy przez niesprawny
mó˝d˝ek powodowa∏oby bowiem znacz-
nie gorsze nast´pstwa ni˝ jego ca∏ko-
wite wy∏àczenie. Inne struktury mózgu

mog∏yby wprawdzie skompensowaç
brak kontroli danych czuciowych, na-
tomiast jej zawodnoÊç spowodowa∏aby
zaburzenia w innych rejonach mózgu,
które korzysta∏yby z b∏´dnych infor-
macji. T∏umaczy to, dlaczego mó˝d˝ek
zapewne cz´Êciowo odpowiada za takie
choroby, jak autyzm: pacjenci nie re-
agujà na bodêce nap∏ywajàce z narzà-
dów zmys∏ów.

Hipotezy takie jak nasza sà przestro-

gà dla innych badaczy – aktywnoÊç w
pewnych obszarach mózgu nie musi
oznaczaç ich bezpoÊredniego zwiàzku
z danym zachowaniem lub procesem
psychologicznym. Dobrà analogià jest
silnik samochodu, wspomagany przez
wi´kszoÊç urzàdzeƒ pod maskà. Mo˝-
na wysnuç wiele teorii na temat ro-
li ch∏odnicy w poruszaniu si´ pojazdu
na podstawie korelacji wzrostu tempe-
ratury z liczbà kilometrów na godzin´
lub po stwierdzeniu, ˝e po jej usuni´ciu
samochód staje. Jednak ch∏odnica to
nie silnik.

Skoro mó˝d˝ek jest przede wszyst-

kim strukturà pomocniczà, to nie uczest-
niczy bezpoÊrednio w koordynacji
ruchów, pami´ci, percepcji, orientacji
przestrzennej ani ˝adnej innej suge-
rowanej ostatnio funkcji. Choç nasza
teoria jest jednà z kilku wyjaÊniajàcych
nowe, zaskakujàce dane na temat
mó˝d˝ku, to oczywiste, ˝e postrzeganie
tej struktury, a w konsekwencji ca∏ego
mózgu, musi si´ zmieniç.

n

WRZESIE¡ 2003

ÂWIAT NAUKI

65

The Role of the Cerebellum in Motor Control and Perception. Michael G. Paulin; Brain Behavior

and Evolution

, tom 41, s. 39-50; II/1993.

The Cerebellum and Cognition. Red. Jeremy D. Schmahmann; Academic Press, 1997.
Cerebellar Contributions to Cognition and Imagery. Richard B. Ivry i Julie A. Fiez; New Cognitive

Neurosciences

. Red. Michael S. Gazzaniga; MIT Press, 2000.

The Cerebellum: Recent Developments in Cerebellar Research. Red. Stephen M. Highstein i W.

Thomas Thatch; New York Academy of Sciences, 2002.

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ

To oczywiste, ˝e zarówno nasz

SPOSÓB POSTRZEGANIA MÓ˚D˚KU

, jak i ca∏ego mózgu

powinien ulec radykalnej zmianie.