BUDOWA MÓZGU
Mózg leży w najważniejszej sali wśród pomieszczeń gmachu układu nerwowego. „Zdumiewające — pisał neurolog Robert Collins - że ciało karmi mózg cukrem i aminokwasami, a on wytwarza z nich poezję i piruety”. Sam mózg bez ciała nie wygląda jednak zbyt ciekawie. Przechowywany w naczyniu z formaliną jest szarą tkanką o kulistym kształcie i wygląda jak przerośnięty orzech. Trzeba nieco wyobraźni, aby uświadomić sobie, że ten skromnie wyglądający narząd napisał Hamleta, odkrył rad i wynalazł spinacze.
Zaczynamy od pnia mózgu. Pień jest to część mózgu znajdująca się u wierzchołka rdzenia kręgowego, odpowiedzialna za czynności automatyczne, jak bicie serca i oddychanie, który jest umiejscowiony przy podstawie czaszki i zaczął się rozwijać mniej więcej 500 milionów lat temu u robaków płaskich. Pień mózgu przypomina łodygę wyrastającą z rdzenia kręgowego. Przejścia w kierunku wyżej położonych części mózgu to rdzeń przedłużony czyli struktura w pniu mózgu odpowiedzialna za niektóre czynności automatyczne takie same jak w pniu mózgu, czyli oddychanie i bicie serca) oraz most. Most ma wpływ (między innymi) na spanie, budzenie się i marzenia senne. Przez długi czas karę śmierci wykonywano przez powieszenie, ponieważ złamanie karku zrywa drogi nerwowe prowadzące od rdzenia przedłużonego, co zatrzymuje oddech. Od rdzenia pnia mózgu w górę rozciąga się siatkowaty układ aktywujący (RAS) (reticular activating system). Ta gęsta sieć neuronów, połączona z wieloma wyższymi obszarami mózgu, przesiewa napływające informacje i przekazuje do wyższych ośrodków, jeżeli wydarzyło się coś, co zasługuje na uwagę. Bez układu aktywującego nie moglibyśmy zachowywać czujności, a może nawet świadomości. W tylnej części mózgowia znajduje się struktura wielkości małej pięści. Jest to móżdżek. Móżdżek wpływa na zmysł równowagi i koordynację mięśni, umożliwiając płynne i precyzyjne ruchy. Gdybyś doznał uszkodzenia móżdżku, twoje ruchy byłyby prawdopodobnie bardzo niezgrabne i nieskoordynowane. Miałbyś trudności z używaniem ołówka, nawlekaniem igły i jazdą na rowerze. W środku mózgowia, nad pniem, znajduje się wzgórze, którego funkcja przypomina zadania policjanta kierującego ruchem na skrzyżowaniu. Kiedy do mózgu docierają przekazy zmysłowe, wzgórze kieruje je do różnych wyższych ośrodków. Spojrzenie na zachód słońca powoduje, na przykład, wysyłanie sygnałów, które wzgórze kieruje do ośrodka wzrokowego. Jedynym zmysłem, który całkowicie omija wzgórze, jest węch, który ma swoja własną stację przekaźnikową w postaci opuszki węchowej. Opuszka węchowa leży w pobliżu obszarów kontrolujących emocje. Być może dlatego pewne zapachy (np. świeżej bielizny, gardenii, smażonego na ruszcie szaszłyka) budzą w nas wspomnienia ważnych przeżyć.
Poniżej wzgórza osadzony jest niewielki organ zwany podwzgórzem. Niewielkie rozmiary podwzgórza nie oznaczają małego znaczenia. Narząd ten współdziała w ważnych reakcjach związanych z przetrwaniem, zarówno jednostki jak i gatunku takich, jak: głód, pragnienie, emocje, aktywność seksualna i rozmnażanie. Reguluje temperaturę ciała, wywołując pocenie się lub dreszcze. Kontroluje złożone czynności autonomicznego układu nerwowego. Zawiera „superzegar" regulujący rytmy biologiczne organizmu.
Od podwzgórza odchodzi w dół, połączony z nim krótką szypułą gruczoł wewnątrzwydzielniczy wielkości czereśni, zwany szyszynką (niewielki gruczoł hormonalny przy podstawie mózgu; wydziela różne hormony i reguluje inne gruczoły hormonalne). Czasami mówi się, że szyszynka jest „dowódcą" gruczołów, ponieważ wydzielane przez nią hormony oddziałują na wiele innych gruczołów hormonalnych. W rzeczywistości jednak dowódca okazuje się tylko nadzorcą. Prawdziwym wodzem jest podwzgórze. Podwzgórze wysyła do szyszynki substancje chemiczne, które sygnalizują jej, kiedy powinna „porozumieć się" z innymi gruczołami.
Podwzgórze ma wiele połączeń z różnymi luźno związanymi strukturami, które tworzą swego rodzaju granicę pod spodem mózgowego „kalafiora". Struktury te stanowią układ limbiczny mózgu (określenie pochodzi od łacińskiego limbui krawędź. Grupa obszarów mózgowych uczestniczących w reakcjach emocjonalnych i motywowanym zachowaniu. ). Niektórzy do układu limbicznego zaliczają podwzgórze i część wzgórza. Układ limbiczny jest ściśle związany z emocjami, które dzielimy ze zwierzętami (np. złość i strach).
Wiele lat temu James Olds i Peter Milner ogłosili, że odkryli w układzie limbistycznym swoiste „ośrodki przyjemności". Stwierdzili, że można wytresować szczury, aby naciskały znajdującą się z boku klatki dźwignię, wywołując w ten sposób pobudzenie układu limbicznego prądem elektrycznym przepływającym z cieniutkich elektrod. Niektóre szczury przyciskały dźwignię tysiące razy w ciągu godziny przez piętnaście albo dwadzieścia godzin bez przerwy, aż nie opadły z sił. Gdy tylko odpoczęły, natychmiast sięgały znowu po dźwignię. Kiedy zmuszano je do wyboru, ci mali hedoniści wybierali stymulację elektryczną, opierając się takim pokusom, jak woda, pożywienie, a nawet prowokacyjne gesty atrakcyjnego osobnika płci przeciwnej. Przewrót jednak nie nastąpił, elektryczna „autostymulacja" nie leczy depresji ani nie wprawia w stan odurzenia. Obecnie naukowcy sądzą, że stymulacja mózgu na zasadzie wykorzystywanej w badaniach Oldsa i Milnera pobudza raczej różne drogi nerwowe niż oddzielne ośrodki i że mają w tym udział zmiany poziomu neurotransmiterów lub neuromodulatorów. Układ limbiczny jest jednym z największych skupisk endorfin i ich receptorów w mózgu.
Dwie części układu limbicznego, które najbardziej interesują psychologów, to ciało migdałowate i hipokamp. Ciało migdałowate jest prawdopodobnie odpowiedzialne za ocenę przekazów zmysłowych i szybką identyfikację ich emocjonalnego znaczenia oraz początkową decyzję zbliżenia się lub wycofania w kontakcie z osobą lub sytuacją. Według neuropsychologa Josepha LeDoux szlaki bodźców nerwowych w układzie limbicznym przynaglają ciało migdałowate do uruchomienia emocjonalnej reakcji na przesyłany przekaz zmysłowy, która to reakcja może być później skorygowana przez bardziej stosowną ocenę kory mózgowej (dlatego podskakujesz ze strachu, czując nagle w ciemnej uliczce czyjąś rękę na plecach, lecz strach ustępuje, gdy kora rejestruje, że jest to dłoń przyjaciela). Układ limbiczny ma zdolność przetwarzania bezpośrednich wrażeń niebezpieczeństwa lub zagrożenia, co jest bardzo potrzebne, ponieważ w przeciwnym razie stałbyś na skraju jezdni, zastanawiając się: „Czy byłoby rozsądnie przechodzić w tej chwili, gdy pędzi w moją stronę ogromna ciężarówka?"
Hipokamp przypomina kształtem konika morskiego, co właśnie oznacza po łacinie jego nazwa. Organ ten jest u człowieka większy niż u innych istot. Jednym z zadań hipokampu jest porównywanie przekazów zmysłowych z tym, czego mózg nauczył się oczekiwać od świata. Poznawszy oczekiwania, hipokamp nakazuje wyciszenie za pomocą aktywującego układu siatkowatego. Silne pobudzenie w odpowiedzi na wszystko byłoby szkodliwe. Jak moglibyśmy funkcjonować, gdyby alarmy nerwowe włączały się za każdym razem, gdy przejedzie samochód, zaśpiewa ptak albo ślina spłynie nam do gardła? Hipokamp bywa również nazywany wrotami pamięci, ponieważ wraz z kilkoma innymi obszarami mózgowia prawdopodobnie umożliwia przechowywanie nowych informacji do późniejszego wykorzystania. Powyżej układu limbicznego znajduje się mózg, czyli największa struktura mózgowia znajdująca się w górnej części przodomózgowia i uczestnicząca w większości procesów czuciowych, motorycznych i poznawczych człowieka; zachodzą tu wyższe formy myślenia. Złożoność obiegu informacji w mózgowiu człowieka znacznie przewyższa możliwości każdego z istniejących komputerów, przy czym większość tych procesów odbywa się w samym mózgu. W porównaniu z innymi istotami możemy być niezdarni, słabi i wrażliwi, lecz nasz wysoko rozwinięty mózg pozwala nam przezwyciężyć ograniczenia i twórczo przekształcać środowisko na dobre i na złe. Kształtem podobny do kalafiora mózg jest podzielony na dwie połowy, czyli półkule mózgowe, połączone szerokim spoidłem włókien, zwanym ciałem modzelowatym(wiązka włókien nerwowych łącząca dwie półkule mózgowe) prawa półkula zarządza lewą stroną ciała, natomiast lewa półkula — stroną prawą. Obie strony mają trochę odmienne właściwości, zjawisko to nazywamy lateralizacją(specjalizacja półkul mózgowych w wykonywaniu określonych operacji psychicznych). Mózg okryty jest kilkoma cienkimi warstwami gęsto skupionych komórek, które określamy wspólną nazwą kory mózgowej. Ciała komórek kory mózgowej oraz wielu innych części mózgowia wytwarzają tkankę w szarawym kolorze, stąd jej nazwa substancja szara. W innych częściach mózgowia i układu nerwowego dominuje długi, powleczony warstewką mielinową akson wytwarzający substancję białą. Kora mózgowa zawiera prawie trzy czwarte wszystkich komórek mózgowia człowieka . W jednym tylko calu kwadratowym kory znajduje się około 10 tysięcy mil połączonych synaptycznie neuronów. Długość połączeń w całej korze mózgowej wystarczyłaby od Ziemi do Księżyc i z powrotem, a potem jeszcze raz na Księżyc. Kora ma wiele głębokich fałdów i szczelin. Dzięki rysom i wgłębieniom swojej powierzchni mózg może pomieścić miliardy komórek nerwowych bez konieczności wyposażania człowieka w ogromną głowę, która uniemożliwiałaby poród. U innych ssaków o mniejszej liczbie neuronów kora jest mniej pofałdowana, a u szczurów zupełnie gładka. Najgłębsze fałdy, czyli bruzdy, dzielą korę każdej półkuli na cztery zwane płatami.
Płaty potyliczne znajdują się w dolnej tylnej części mózgu. Obejmują między innymi korę wzrokową, w której przetwarzane są sygnały wzrokowe. Uszkodzenie kory wzrokowej powoduje zaburzenia postrzegania wzrokowego lub ślepotę. Płaty ciemieniowe znajdują się u wierzchołka mózgu. Obejmują korę somatosensoryczną, która odbiera z całego organizmu informacje o ciśnieniu, bólu, dotyku i temperaturze. Dzięki informacjom sensorycznym w każdej chwili wiesz, jak zachowują się ruchome części twego ciała. Obszary związane z rękami i twarzą są nieproporcjonalnie rozległe, ponieważ te części ciała wykazują szczególną wrażliwość. Płaty skroniowe znajdują się po bokach, tuż nad uszami, za skrońmi. Uczestniczą w zapamiętywaniu, spostrzeganiu, emocjach i rozumieniu mowy oraz obejmują korę słuchową, która przetwarza dźwięki. Płaty czołowe, są umiejscowione z przodu mózgu, tuż pod czaszką w obrębie czoła. Obejmują korę ruchową, która wysyła rozkazy do 600 mięśni odpowiedzialnych za ruchy dobrowolne. Prawdopodobnie odpowiada również za zdolność planowania, twórczego myślenia i podejmowania inicjatywy. Jednak, podczas badania każdego z jednak żadnych zjawisk. Te milczące obszary, zwane niekiedy korą kojarzeniową najprawdopodobniej odpowiedzialne są za wyższe procesy psychiczne. Psychologowie interesują się szczególnie nowymi informacjami o najbardziej wysuniętej do przodu części płata czterech płatów za pomocą elektrody stwierdzono, że zachodzą w nich różne zjawiska. Gdy prąd jest podłączony do kory somatosensorycznej w płatach ciemieniowych, badany może odczuwać mrowienie skóry lub łagodne dotknięcie. Stymulowanie kory wzrokowej w płacie potylicznym może wywoływać błyski w oczach lub wirujące barwne plamy. W większości obszarów kory mózgowej stymulacja elektryczna nie powoduje czołowego, zwanej korą przedczołową. Obszar ten u myszy i szczurów prawie nie istnieje, u kotów stanowi tylko 3,5 procent kory mózgowej, u psów około 7, a u szympansów 17 procent. U człowieka obejmuje aż 29 procent kory .
Domyślano się od dawna, że płaty czołowe mają jakiś związek z osobowością. Pierwsze dane pojawiły się w roku 1848, kiedy wskutek nieszczęśliwego wypadku gruby na cal żelazny pręt trafił w głowę robotnika kolejowego nazwiskiem Phineas Gage. Pręt (pokazywany obecnie w Harvard University) wbił się w głowę poniżej lewego oka, a wydostał przez wierzch czaszki, niszcząc duże obszary przedniej części mózgu. O dziwo, Gage przeżył wypadek. Co więcej, zachował zdolność mówienia, myślenia i zapamiętywania. Jego przyjaciele ubolewali jednak, że nie jest to już ten sam Gage. Jak w historii z doktorem Jekyllem, Gage zmienił się z łagodnego uprzejmego i pracowitego człowieka w wulgarnego, porywczego, niesolidnego gbura. Inne rodzaje uszkodzeń płatów czołowych, na przykład nowotwory lub urazy
wojenne sugerują, że są to obszary uczestniczące w planowaniu oraz formułowaniu celów i zamierzeń. Kontrolują umiejętność wykonywania zadań we właściwej kolejności i kończenia ich w odpowiednim czasie. Wybitny radziecki psycholog A.R.
Łuria(1980) badał wiele przypadków, w których uszkodzenia płatów czołowych powodowały upośledzenia tych czynności. Jeden z obserwowanych mężczyzn usiłował zapalić zapałkę, która już się paliła. Inny, pracujący w szpitalnej pracowni stolarskiej, strugał kawałek drewna, aż nic z niego nie zostało, a wtedy zabrał się do strugania warsztatu!
W normalnych warunkach obie półkule porozumiewają się ze sobą poprzez łączącą je wiązkę włókien, czyli ciało modzelowate. Cokolwiek dzieje się z jednej strony mózgu, natychmiast sygnalizowane jest do drugiej.
W roku 1953 Ronald E. Myers i Roger W. Sperry jako pierwsi rozcięli ciało modzelowate u kotów. Przecięli również części nerwów łączące oczy z mózgiem. Normalnie każde oko przekazuje informacje do obu stron mózgu. Po zabiegu lewe oko kota wysyłało przekazy wyłącznie do lewej półkuli, prawe zaś jedynie do półkuli prawej.
Z początku wydawało się, że zwierzęta nie bardzo ucierpiały wskutek tak drastycznej operacji. Myers i Sperry wykazali jednak, że stało się coś niezwykłego. Uczyli mianowicie koty wykonywać różne zadania z opaską na jednym oku. Zwierzęta miały, na przykład, naciskać przycisk z namalowanym kwadratem, aby dostać pożywienie, ignorować zaś przycisk z kółeczkiem. Po wyćwiczeniu tego zadania badacze przewiązali kotom drugie oko i jeszcze raz sprawdzali tę umiejętność. Teraz jednak zwierzęta zachowywały się tak, jakby nigdy nie uczyły się sztuczki. Jak widać, jedna strona mózgu nie wiedziała, co robi strona druga. Jakby w jednym ciele były dwa umysły. Potwierdziły to później badania innych gatunków, w tym również małp.
We wszystkich podobnych eksperymentach zwyczajne zachowania zwierząt, jak jedzenie i chodzenie, nie ulegały zmianie. Zachęcony tymi wynikami zespół lekarzy pod kierunkiem Josepha Bogena zdecydował się na początku lat sześćdziesiątych dokonać próby przecięcia ciała modzelowatego u pacjentów z wyniszczającą nie kontrolowaną padaczką. Osoby cierpiące na tę chorobę neurologiczną, która ma wiele przyczyn i przybiera rozmaite postacie, często doznają ataków. Zazwyczaj napady są krótkie, łagodne i można je kontrolować, podając leki, zdarza się jednak, że są trudne do zniesienia i nie dają się opanować. W niektórych ciężkich postaciach padaczki chaotyczne pobudzenie elektryczne rozszerza się z upośledzonego obszaru na inne części mózgu. Lekarze sądzili, że w takich przypadkach przecięcie połączenia pomiędzy dwiema połowami mózgu może powstrzymać przenoszenie się pobudzenia elektrycznego z jednej strony na drugą. Operacja była ostatnią deską ratunku.
Na ogół zabiegi kończyły się sukcesem. Napady zdarzały się rzadziej, a w niektórych przypadkach całkowicie ustąpiły. Dodatkową korzyścią było stworzenie szansy zbadania, co się dzieje w każdej połowie mózgu, kiedy jest ona, dosłownie odcięta od drugiej. Wiedziano już wtedy, że obie półkule nie stanowią lustrzanego odbicia. U większości osób sprawność językowa sterowana jest głównie przez lewą półkulę: czynność mówienia przez obszar w lewym płacie czołowym, nazywany ośrodkiem Broca, a rozumienie znaczeń i mowy przez obszar w lewym płacie skroniowym, zwany ośrodkiem Wernickego.
Chory z uszkodzeniem mózgu wskutek udaru (zablokowania lub rozerwania naczynia krwionośnego w mózgu) będzie miał problemy z mówieniem raczej w przypadku uszkodzenia lewej strony niż prawej.
W codziennym życiu pacjenci z podzielonym mózgiem nie sprawiali wrażenia upośledzonych wskutek braku komunikacji pomiędzy dwiema jego stronami. Ich osobowość i ogólna inteligencja nie zmieniły się, mogli chodzić, rozmawiać i w zasadzie prowadzić normalne życie. Poruszanie się zapewniały im najwidoczniej połączenia w nie podzielonym pniu mózgu. W serii pomysłowych eksperymentów Sperry i jego współpracownicy (a potem inni) wykazali jednak głęboki wpływ podziału mózgu na spostrzeganie i pamięć, podobny do efektów wcześniejszych obserwacji na zwierzętach. Połączenia oczu z mózgiem za pomocą nerwów. Kiedy patrzymy prosto przed siebie, wszystko z lewej strony obrazu, czyli „pola widzenia" przechodzi do prawej połowy mózgu, i na odwrót. Dotyczy to obojga oczu. Podstawą doświadczenia było przekazywanie informacji wyłącznie jednej lub drugiej stronie mózgu badanej osoby. W jednej z wcześniejszych prób wykorzystano fotografie różnych twarzy, które rozcinano na pół i sklejano ze sobą obce połowy. Zrekonstruowane zdjęcia wyświetlano w postaci przezroczy. Badanym polecano wpatrywać się w kropkę pośrodku ekranu tak, że pół obrazu wypadało po prawej stronie tego punktu, a pół po jego lewej stronie. Każdy obraz wyświetlano tak szybko, że nie starczało czasu, aby zwrócić spojrzenie. W inną stronę. Kiedy poproszono badanych o zrelacjonowanie, co widzieli, wymieniali osoby z prawej strony obrazu. Kiedy jednak poproszono ich o wskazanie lewą ręką widzianej twarzy, wybierali osoby z lewej strony. Twierdzili w dodatku, że nie zauważyli nic dziwnego na pokazywanych fotografiach! Każda strona mózgu spostrzegała inną połowę obrazu i automatycznie uzupełniła brakującą część. Jedna strona nie wiedziała jednak, co zobaczyła druga. Dlaczego badani wypowiadali się o jednej stronie fotografii, wskazywali zaś na drugą? Ośrodki mowy znajdują się w lewej półkuli. Kiedy odpowiadali, posługując się mową, wypowiedź była sterowana przez lewą stronę mózgu. Kiedy wskazywali lewą ręką, która jest kontrolowana przez prawą stronę mózgu, prawa półkula przekazywała własną wersję widzianego obrazu. Badania różnic między prawą a lewą półkulą przeprowadzano również u osób, których mózg nie został naruszony. Za pomocą elektrod i pomiaru przepływu krwi kontrolowano aktywność lewej i prawej strony podczas wykonywania różnych czynności. Wyniki potwierdziły, że niemal u wszystkich osób praworęcznych i większości leworęcznych przetwarzanie mowy odbywa się w lewej półkuli. Lewa strona zdaje się również mieć przewagę nad prawą w różnego rodzaju zadaniach wymagających logicznego myślenia, rozumienia symboli i porządkowania, na przykład przy rozwiązywaniu zadań matematycznych i rozumieniu problemów technicznych. Ze względu na te zdolności poznawcze uważa się, że lewa półkula jest dominująca, że zazwyczaj sprawuje kontrolę nad „podrzędną" stroną prawą. Znany badacz podziałów w mózgu, Michael Gazzaniga, twierdzi, że bez pomocy lewej strony sprawność umysłowa prawej półkuli byłaby prawdopodobnie „znacznie niższa niż zdolności poznawcze szympansa". Sądzi również, że lewa półkula ciągle próbuje wyjaśniać działania i emocje powstające w częściach mózgu, których czynności są niewerbalne i nieświadome.
Obserwując pacjentów z podzielonym mózgiem, możemy się przekonać, jak lewa półkula produkuje takie wyjaśnienia. W klasycznym eksperymencie do lewej półkuli przesyłano obraz pazura kurczaka, do prawej zaś widok zimowego krajobrazu. Następnie spośród wielu innych obrazków należało wskazać te, które kojarzą się z oglądanymi uprzednio. Prawidłowym wyborem dla pazura był obrazek kurczaka, dla krajobrazu — szufla do odgarniania śniegu. Badany wskazywał lewą ręką na szuflę, a prawą na kurczaka. Poproszony o wyjaśnienie, odpowiedział, że kurczak ma związek z pazurem, a szufla ma służyć do oczyszczania kurnika. Lewa półkula rozpoznawała odpowiedź lewej ręki, ale nie miała pojęcia o obrazku ze śniegiem, dlatego interpretowała odpowiedź, wykorzystując znane informacje.
Inni badacze, wśród nich Sperry (1982), pospieszyli z obroną prawej półkuli.
Według nich prawa strona wcale nie jest taka głupia. Ma przewagę, gdy chodzi
o zadania wymagające wyobraźni przestrzennej, zdolności, którą wykorzystuje się
na przykład do czytania map albo sporządzania wykrojów krawieckich, ponadto
jest lepsza w rozpoznawaniu twarzy i odczytywaniu mimiki. Uczestniczyli też w tworzeniu oraz odbiorze sztuki i muzyki. Rozpoznaje dźwięki pozawerbalne, jak szczekanie psa. Prawa półkula wykazuje również pewne sprawności językowe. Potrafi zwłaszcza odczytać słowo wyświetlane przez krótką chwilę oraz rozumieć wskazówki eksperymentatora. U niektórych pacjentów z podzielonym mózgiem sprawność językowa została zachowana. Badania innych chorych z uszkodzeniem mózgu wykazały, że prawa półkula rzeczywiście przewyższa lewą, gdy chodzi o rozumienie znanych idiomów i metafor. Niektórzy badacze mózgu przypisują prawej półkuli niezwykły sposób poznawania, który określają jako holistyczny (całościowy) i intuicyjny, w przeciwieństwie do bardziej racjonalnego i analitycznego działania lewej półkuli. Neuropsycholog Jerry Levy stwierdza, że prawa półkula jest aktywna, wrażliwa i wysoce inteligentna. Pewne obszary lewej półkuli wydają się na przykład wyspecjalizowane w przetwarzaniu pozytywnych emocji, jak uczucie szczęścia, natomiast niektóre obszary półkuli prawej specjalizują się w emocjach negatywnych, jak strach, gniew i przygnębienie. Najważniejsze jest jednak, że w rzeczywistych czynnościach życiowych obie półkule współpracują ze sobą jak partnerzy, z których każdy wnosi pewną wartość dla zwiększenia naszej efektywności.