Kanados mokslininkas, psichiatras, psichoanalitikas, Toronto ir Niujorko universitetų bendradarbis Normanas Doidge‘as bestseleriu tapusioje knygoje „Save keičiančios smegenys“ (The Brain That Changes Itself, 2007) išsamiai aprašo revoliucinį atradimą, teigiantį, kad žmogaus smegenys pasižymi gebėjimu keistis. Šios fundamentalios smegenų savybės, kurią imta vadinti neuroplastiškumu, atradimas radikaliai pakeitė ne tik medicinos mokslą, bet ir patį požiūrį į žmogaus smegenis kaip į nuolat kintantį ir galintį atsinaujinti neuronų tinklą.

Publikuojame pirmąją šios knygos ištrauką.

***

1969 metais viename garsiausių Europos mokslinių žurnalų „Nature“ buvo išspausdintas trumpas mokslinę fantastiką primenantis straipsnelis. Pagrindinis jo autorius Paulas Bach-y-Rita buvo gamtos mokslų specialistas ir reabilitacijos gydytojas – tai nedažnas profesinis derinys. Straipsnyje buvo aprašomas įrenginys, leidžiantis pradėti regėti iš prigimties akliems žmonėms. Jų visų akių tinklainės buvo pažeistos ir manyta, kad pagydyti neįmanoma.

Apie žurnale išspausdintą straipsnį buvo rašoma laikraštyje „The New York Times“ ir žurnaluose „Newsweek“ bei „Life“, tačiau tikriausiai todėl, kad toks pareiškimas skambėjo visiškai neįtikimai, įrenginys ir jo išradėjas netrukus buvo beveik visiškai užmiršti.

Kartu su straipsniu buvo išspausdinta nuotrauka, kurioje pavaizduota keistos išvaizdos mašina: didelė dantisto kėdė su vibruojančiu atlošu, laidų raizginys ir keletas griozdiškų kompiuterių. Visas šis gremėzdiškas įrenginys, pagamintas iš nebenaudojamų detalių, kartu su septintojo dešimtmečio elektronikos prietaisais svėrė keturis šimtus svarų (beveik 182 kilogramus – vert. past.). 

Kėdėje už didelės kameros (tai buvo tokio dydžio kamera, kokios tais laikais naudotos televizijos studijose) sėdėjo iš prigimties aklas žmogus, kuris niekados nebuvo regėjęs. Rankiniais svertais sukiodamas kamerą jis nuskaitė priešais esantį atvaizdą, o iš kameros į kompiuterį buvo siunčiami šį atvaizdą apibūdinantys elektroniniai signalai, kurie buvo analizuojami kompiuteryje. Tuomet elektroniniai signalai buvo perduodami į keturis šimtus vibruojančių stimuliatorių, eilėmis išdėliotų ant metalinės plokštės, pritvirtintos prie kėdės atlošo taip, kad stimuliatoriai liestųsi prie aklo tiriamojo odos. Stimuliatoriai atstojo pikselius, vibruodami ties tamsiomis atvaizdo vietomis ir nejudėdami ties šviesesniais tonais. Šis vadinamasis lytos-regos įrenginys suteikė akliems žmonėms galimybę skaityti, atpažinti veidus bei šešėlius ir nustatyti, kurie objektai buvo arčiau, o kurie toliau. Jis leido jiems atrasti perspektyvą ir stebėti, kaip objektai vizualiai keičia formą priklausomai nuo to, iš kokio kampo į juos žiūrima. Šeši eksperimente dalyvavę žmonės išmoko atpažinti tokius objektus kaip telefonas – net tuomet, kai jis buvo iš dalies paslėptas už vazos. Kadangi eksperimentas buvo vykdomas septintajame dešimtmetyje, jie netgi išmoko atpažinti anoreksiškos figūros modelio Twiggy nuotrauką.

Visi, kam teko išbandyti šį gremėzdišką lytos-regos įrenginį, išgyveno įstabią suvokimo patirtį, pajutę, kad jie ne vien tik patiria lytėjimo jutimą, bet iš tiesų „mato“ žmones ir objektus. 

Po kelių bandymų, nepaisant to, kad informacija jiems nugara buvo perduodama dvimačiu masyvu, akli žmonės prieš save galėjo matyti trimatę erdvę. Švystelėjus kamuolį į kameros pusę, tiriamasis, siekdamas jo išvengti, atšokdavo atgal. Nuo nugaros plokštę su vibruojančiais stimuliatoriais perdėjus ant paciento pilvo, jis ir toliau teisingai jusdavo priešais kamerą vykstantį veiksmą. Pabandžius pakutenti šalia stimuliatorių esančią vietą, pacientas kutenimo nesumaišydavo su regimuoju dirgikliu. Pacientų psichinio suvokimo išgyvenimas vyko ne ant odos paviršiaus, bet išoriniame pasaulyje. Ir šie jų išgyvenimai buvo gana sudėtingi. Po kelių seansų, pacientams sukinėjant kamerą, buvo galima išgirsti tokių pastabų: „Čia Beti. Šiandieną ji palaidais plaukais ir be akinių. Jos burna praverta, o dešinė ranka nuo kairiojo šono juda pakaušio link.“ Tiesa, pacientų skiriamoji geba paprastai buvo prastoka, tačiau, anot Bach-y-Ritos, tam, kad matytume, tobulas regėjimas tikrai nėra būtinas. Juk kai eidami ūkanota gatve pamatome pastato kontūrus, argi mes dėl prastos regos jį matome nors kiek mažiau? Kai žiūrime į ką nors nespalvota, ar mes dėl spalvos trūkumo to daikto nematome?

Šis dabar jau užmirštas aparatas buvo vienas pirmųjų ir drąsiausių bandymų praktiškai pritaikyti neuroplastiškumą. Tai buvo bandymas vieną jutimą pakeisti kitu ir jis pavyko. Tačiau šis pritaikymas buvo atmestas kaip pernelyg neįtikėtinas, nes, remiantis tuometiniu moksliniu suvokimu, buvo manoma, kad smegenų struktūra nekintama, o mūsų jutimai, arba takai, kuriais jutimai atkeliauja į smegenis, nepajudinami. Ši mintis vis dar turi nemažai šalininkų ir yra vadinama lokalizacionizmu. Ji artimai susijusi su suvokimu, jog smegenys yra kompleksinė mašina, sudaryta iš atskirų detalių, kurių kiekviena atlieka konkrečią psichinę funkciją genetiškai nulemtoje bei nepajudinamoje lokalėje – iš čia ir kilęs judėjimo pavadinimas. Neišjudinamai sumontuotose smegenyse, kuriose kiekviena protinė funkcija atliekama griežtai nustatytoje vietoje, plastiškumui vietos lieka labai mažai.

Idėja, kad smegenys veikia kaip mašina, buvo neurologijos mokslo pagrindas ir ja vadovautasi jau nuo XVII amžiaus, kuomet ji pirmą kartą pakeitė mistines sąvokas apie sielą ir kūną. Mokslininkai, įkvėpti Galilėjo (1564–1642), parodžiusio, kad planetos gali būti suvokiamos kaip mechaninės jėgos valdomi negyvi kūnai, atradimų, įtikėjo, kad visas gamtos pasaulis funkcionuoja kaip didelis fizikosdėsnių veikiamas kosminis laikrodis, ir visus gyvus daiktus, taip pat ir organus, ėmė aiškinti mechaniškai, tarsi jie irgi būtų mašinos. Suvokimas, kad gamtos pasaulis yra didžiulis mechanizmas ir mūsų organai veikia kaip mašina, pakeitė du tūkstantmečius gyvavusį senovės graikų suvokimą, kad gamta – tai didžiulis gyvas organizmas, o mūsų organai toli gražu nėra negyvi objektai. 

Pirmasis šios naujos „mechanistinės biologijos“ pasiekimas buvo iš tiesų nuostabus ir nepaprastas laimėjimas. Williamas Harvey’us (1578–1657), studijavęs anatomiją Italijoje, Padujoje, kur dėstė Galilėjus, atrado, kaip mūsų kraujas cirkuliuoja kūne, ir pademonstravo, jog širdies veikimo principas toks pats kaip ir pompos, kuri, žinoma, yra paprasčiausio tipo mašina. Netrukus daugeliui mokslininkų ėmė atrodyti, kad tam, jog paaiškinimas būtų mokslinis, jis privalo būti mechanistinis – jis privalo paklusti mechaniniams judėjimo dėsniams. Sekdamas Harvey’umi prancūzų filosofasRené Descartes’as (1596–1650) įrodinėjo, kad smegenys ir nervų sistema taip pat veikia pompos principu. Jo teigimu, nervai iš tiesų yra vamzdžiai, nutiesti iš galūnių į smegenis ir atgal. Jis buvo pirmasis ėmęsis teoretizuoti refleksų veikimo principą. Jis teigė, kad palietus žmogaus odą į skystį panaši medžiaga nervų vamzdžiais keliauja iki smegenų, iš kur mechaniškai atsimušusi nervais keliauja atgal ir sujudina raumenis. Kad ir kaip neišbaigtai tai skamba, Descartes’as klydo ne tiek jau ir daug. 

Netrukus mokslininkai patobulino šią primityvią jo schemą ir ėmė teigti, kad nervais keliavo ne skystis, o elektros srovė. Descartes’o idėja apie smegenis kaip sudėtingą mašiną pasiekė apogėjų įsigalėjus dabartiniam mūsų įsitikinimui, kad smegenys yra kompiuteris, o kartu ir lokalizacionizmui. Kaip ir mašina, smegenys4 matomos kaip sudarytos iš atskirų detalių, kurių kiekviena yra iš anksto numatytoje vietoje ir atlieka vienintelę funkciją, todėl pažeidus vieną dalį jos pakeisti neįmanoma. Juk mašina negali išauginti naujų detalių.

Lokalizacionizmo principas buvo pritaikytas ir suvokimui apie jutimus iškėlus teoriją, kad kiekvienas iš jutimų – regėjimas, klausa, skonis, lytėjimas, kvapas ir pusiausvyra – turi receptorinę ląstelę, skirtą atpažinti vieną iš įvairių aplinkos energijos formų. Kuomet jos stimuliuojamos, receptorinės ląstelės nervu siunčia elektrinį signalą į tam tikrą smegenų sritį, kurioje tas jutimas apdorojamas. Dauguma mokslininkų tikėjo, kad šios smegenų sritys tiek specializuotos, kad viena niekaip negalėtų atlikti kitos funkcijų.

Beveik visiškai atsiribojęs nuo savo kolegų Bach-y-Rita atmetė šias lokalizacionistines tiesas. Jis atrado, kad mūsų jutimai iš prigimties neįtikėtinai plastiški ir, pažeidus vieną iš jų, kartais jis gali būti pakeistas kitu – šį procesą jis vadina jutimų pakeitmu (pavadavimu). Jis išrado būdus, kaip sužadinti jutimų pakeitimą, ir įrenginius, leidžiančius išgyventi „antgamtiškus jutimus“. Atradęs, kad nervų sistema gali prisitaikyti ir leisti žmogui matyti vietoj tinklainės panaudojus kamerą, Bach-y-Rita suteikė pagrindą didžiausiai aklų žmonių svajonei, kad bus išrasti tinklainės implantai, kuriuos chirurginiu būdu bus galima įdėti į akies vidų.

Priešingai nei dauguma mokslininkų, kurie paprastai linkę būti ištikimi vienai mokslo sričiai, Bach-y-Rita tapo ekspertu keliose srityse: medicinos, psichofarmakologijos, okulinės neurofiziologijos (akies raumenų tyrimų), vizualinės neurofiziologijos (regėjimo ir nervų sistemos tyrimų) ir biomedicininės inžinerijos. Jis pasiryžęs sekti idėjomis ten, kur jos nuves. Jis kalba penkiomis kalbomis, ilgesnį laiką yra gyvenęs Italijoje, Vokietijoje, Prancūzijoje, Meksikoje, Švedijoje ir ne vienoje vietoje Jungtinėse Valstijose. Jam yra tekę dirbi didžių mokslininkų ir Nobelio premijos laureatų laboratorijose, tačiau kitų nuomonė niekuomet pernelyg nerūpėjo ir jis nežaidžia politinių žaidimų, kurių kitiems mokslininkams dažnai tenka griebtis norint ko nors pasiekti. Tapęs gydytoju jis metė mediciną ir ėmėsi gamtos mokslų tyrimų. Jis kėlė iš pažiūros sveikam protui prieštaraujančius klausimus, pavyzdžiui, ar regėjimui būtinos akys, klausai – ausys, skoniui – liežuvis, uoslei – nosis? O kai Bach-y-Ritai sukako keturiasdešimt ketveri, nerimastingas protas jį vėl grąžino į mediciną. Pasirinkęs vieną iš pačių nuostabiausių specialybių – reabilitacinę mediciną – jis pradėjo rezidentūros programą, reikalaujančią nesibaigiančių dienų ir bemiegių naktų. Jo siekis buvo šį intelektinį užkampį paversti mokslu pritaikius tai, ką buvo pavykę sužinoti apie plastiškumą.

Bach-y-Rita lokalizacionizmu ėmė abejoti dar septintajame dešimtmetyje, kuomet gyveno Vokietijoje. Tuo metu jis dirbo kartu su mokslininkų komanda, siekusia ištirti regėjimo funkciją, per elektrodus išmatuojant elektrines iškrovas regėjimą apdorojančioje katės smegenų srityje. Komandos nariai buvo įsitikinę, kad katei parodžius paveikslėlį regėjimą apdorojančioje smegenų srityje esantis elektrodas sukels įtampos šuolį, reiškiantį, kad atvaizdas apdorojamas. Taip ir atsitiko. Tačiau kažkam netyčiomis paglosčius katei leteną, regėjimo sritis vėl įsižiebė – reiškia, kad ji galėjo apdoroti ir lytėjimo jutimą. Be to, jie išsiaiškino, kad regėjimo sritis buvo suaktyvinama ir katei girdint garsus.

Bach-y-Rita pradėjo tikėti, kad lokalizacionistų siūloma idėja „viena funkcija – viena lokacija“ negali būti teisinga. Katės smegenų regėjimo srityje buvo apdorojamos dar bent dvi funkcijos: lytėjimas ir garsas. Smegenis jis ėmė suvokti esant polisensorines: jutiminės smegenų sritys gebėjo apdoroti daugiau nei vieno jutimo siunčiamus signalus. 

Tai įmanoma dėl to, kad visi mūsų jutimų receptoriai, nepaisant jutimų šaltinio, skirtingas išorinio pasaulio energijos rūšis paverčia elektriniais kodais, kurie siunčiami į nervus. Šie elektriniai kodai yra visuotinė kalba, kuria „kalbama“ mūsų smegenyse – mūsų neuronuose nėra nei regimų atvaizdų, nei garsų, nei kvapų, nei jutimų. Bach-y-Rita suvokė, kad šiuos impulsus apdorojančios sritys yra kur kas homogeniškesnės nei kad iki tol manė neurologai. Šį jo įsitikinimą dar labiau sutvirtino neurologo Vernono Mountcastle’o atradimas, kad galvos smegenų žievės sritys, atsakančios už regėjimą, klausą ir lytėjimą, pasižymi panašia šešiasluoksne informacijos perdirbimo struktūra. Bach-y-Ritos įsitikinimu, tai reiškė, kad bet kuri smegenų žievės sritis pajėgi apdoroti bet kuriuos jai siunčiamus elektros signalus, o smegenų funkciniai mazgai vis dėlto nėra tokie specializuoti, kaip buvo manoma iki tol.

Po šio atradimo Bach-y-Rita kelerius metus paskyrė lokalizacionizmo išimčių tyrimams. Pasitelkęs savo kalbų žinias jis pasinėrė į neišverstos ir senesnės literatūros studijas ir iš naujo atrado mokslinius tyrimus, atliktus dar prieš įsigalint griežtesnėms lokalizacionizmo versijoms. Jis atrado Marie-Jean-Pierre’o Flourenso, dar XIX amžiaus trečiajame dešimtmetyje įrodžiusio, kad smegenys turi gebėjimą persitvarkyti, darbus. Be to, jis originalo kalba perskaitė dažnai cituojamus, tačiau kur kas rečiau verčiamus prancūzo Broca darbus ir pamatė, kad net pats Broca nebuvo visiškai išsižadėjęs plastiškumo, priešingai, nei manė jo sekėjai.

Lytos-regos aparato pritaikymo sėkmė dar labiau paskatino Bach-y-Ritą iš naujo peržiūrėti savo įsivaizduojamą žmogaus smegenų paveikslą. Juk vis dėlto stebuklas buvo ne jo išrastas aparatas, o gyvos, besikeičiančios ir prie naujų dirbtinai sukurtų signalų gebančios prisitaikyti smegenys. Jis spėjo, kad smegenims persitvarkant lytėjimo jutimo siunčiami signalai (pirmiausia apdorojami lytėjimo jutimą kontroliuojančioje žievės dalyje netoli pakaušio) tolesniam apdorojimui nukreipiami į regėjimo jutimą kontroliuojančią smegenų žievės dalį, o tai reiškia, kad perkuriami visi neuroniniai takai, vedantys nuo odos paviršiaus į regėjimo jutimą kontroliuojančią smegenų žievės dalį.

Bach-y-Ritos maištas prasidėjo prieš keturiasdešimt metų, kuomet lokalizacionizmo imperija kontroliavo tolimiausius atokampius. Jis gyrė lokalizacionizmo laimėjimus, tačiau kartu teigė, jog „yra galybė įrodymų, kad smegenims būdingas tiek motorinis, tiek ir jutiminis plastiškumas“. Vieną jo straipsnių įvairūs žurnalai atsisakė spausdinti net šešis kartus – ne dėl to, kad kilo abejonių dėl pateikiamų įrodymų, o paprasčiausiai dėl to, kad jis drįso pavadinime paminėti žodį „plastiškumas“. Pasirodžius mokslininko straipsniui žurnale „Nature“, jo mylimas mokytojas Ragnaras Granitas, už akies tinklainės tyrimus 1965 metais gavęs Nobelio premiją fiziologijossrityje ir pasirūpinęs, kad Bach-y-Ritos medicinos mokyklos baigiamasis darbas būtų išspausdintas, pasikvietė jį arbatos. Granitas paprašė žmonos palikti juos vienus ir, pagyręs Bach-y-Ritos akių raumenų tyrimus, pasidomėjo, kodėl jis vis dėlto gaištąs laiką prie „to suaugusių žmonių žaisliuko“. Tačiau Bach-y-Rita nenusileido ir knygose bei keliuose šimtuose straipsnių ėmė dėstyti įrodymus apie smegenų plastiškumą ir tobulinti plastiškumo principo veikimą paaiškinančią teoriją.

Jis ėmė domėtis poinsultiniu gydymu didžiausią dėmesį skirdamas vėlyvam sveikimui – norėjo išsiaiškinti, kaip padėti žmonėms įveikti neurologines problemas praėjus metams nuo jų atsiradimo. Jis ėmė kurti kompiuterinius žaidimus, skirtus insultą išgyvenusių pacientų rankų judesiams lavinti. Be to, kurdamas pratimus bandė remtis tuo, ką žinojo apie plastiškumą. Įprastai reabilitacija trukdavo vos keletą savaičių, nes maždaug po tiek laiko paciento padėtis nustodavo gerėjusi, arba pasiekdavo „plokštumą“, ir gydytojai prarasdavo motyvaciją gydyti toliau. Tačiau Bach-y-Rita, remdamasis savo žiniomis apie nervų augimą, ėmė teigti, kad šios mokymosi „plokštumos“ buvo laikino pobūdžio ir tik sudedamoji plastiškumu paremto mokymosi ciklo stadija, einanti prieš konsolidaciją. Nors konsolidacijos stadijos metu pastebimos pažangos užfiksuotiirneįmanoma, paciento kūne vyksta biologiniai pakitimai, o jo įgūdžiai tampa vis tobulesni.

Bach-y-Rita sukūrė programą, skirtą žmonėms pažeistais veido motoriniais nervais. Šie žmonės negalėjo pajudinti veido raumenų ir dėl to negalėjo užsimerkti, normaliai kalbėti ar išreikšti emocijų, o tai darė juos panašius į keistus automatus. Bach-y-Rita vieną iš „papildomų“ nervų, kuris paprastai eina į liežuvį, chirurginiu būdu prijungė prie paciento veido raumenų. Tuomet sukūrė smegenims skirtų pratimų programą, turėjusią padėti „liežuvio nervą“ (tiksliau sakant, jį valdančią smegenų dalį) paskatinti veikti taip, tarsi jis būtų vienas iš veido nervų. Pacientams pavyko įgusti veidu reikšti emocijas, kalbėti ir užsimerkti. Tai dar vienas atvejis, kai Bach-y-Rita sugebėjo „bet ką sujungti su bet kuo“.

Praėjus trisdešimt trejiemsmetams po Bach-y-Ritos straipsnio pasirodymo žurnale „Nature“, mokslininkams, pasinaudojus mažesnės apimties modernia jo lytos-regos aparato versija ir peršvietus pacientų smegenis, pavyko patvirtinti, kad lytėjimo sukurtas atvaizdas, patekęs per paciento liežuvį, iš tiesų keliauja į regos žievę.

Neseniai vieno iš įstabiausių plastiškumo eksperimentų metu buvo paneigtos visos abejonės dėl galimybės perprogramuoti jutimus. Šio eksperimento metu buvo tiesiogine to žodžio prasme perprogramuoti ne lytėjimo ir regos, kaip kad buvo padaręs Bach-y-Rita, bet klausos ir regėjimo takai. Neurologas Mriganka Suras chirurginiu būdu perprogramavo jauno šeško smegenis. Paprastai optinis nervas iš akių eina į regos žievę, tuo tarpu Suras chirurginiu būdu optinius nervus nukreipė iš šeško regos žievės į klausos žievę ir pastebėjo, kad šeškas ir toliau gali regėti. Pasinaudojęs prie šeško smegenų prijungtais elektrodais Suras įrodė, kad šeškui regint įsijungia klausos žievės, kur po operacijos vyko regėjimo signalų apdorojimas, neuronai. Klausos sistemos žievės sritis, būdama tokia plastiška, kaip Bach-y-Rita ir įsivaizdavo ją esant, sugebėjo persiprogramuoti taip, kad įgijo regėjimo sistemos žievės struktūrą. Nors šią operaciją išgyvenę šeškai ir negalėjo pasigirti 20/20 regėjimu (pagal Sneleno (Snelleno) skalę – vert. past.), jų regėjimas buvo 20/60 – ne ką prastesnis nei kai kurių akinius nešiojančių žmonių.

Dar ne taip seniai tokią transformaciją paaiškinti būtų buvę visiškai neįmanoma. Tačiau Bach-y-Rita, parodydamas, kad mūsų smegenys yra kur kas labiau prisitaikančios negu teigia lokalizacionizmo teorija, padėjo susiformuoti kur kas tikslesniam suvokimui, leidžiančiam paaiškinti tokius pokyčius. Prieš jam imantis šio darbo buvo įprasta manyti – kaip vis dar tebemano dauguma neurologų, – kad mes turime regos žievę, kuri yra pakaušio skiltyje ir apdoroja regėjimo signalus, ir klausos žievę, esančią smilkinio skiltyje ir apdorojančią klausos signalus. Bach-y-Rita įrodė, kad viskas kur kas sudėtingiau ir kad šios smegenų sritys yra ne kas kita kaip plastiški ir tarpusavyje besijungiantys procesoriai, galintys apdoroti nepaprastai įvairaus pobūdžio signalus.

Norman Doidge. Save keičiančios smegenys: pasakojimai apie pergales naujausių mokslų apie smegenis srityje. Iš anglų k. vertė Milda Morkytė. – Kaunas: Kitos knygos, 2012.

Komentarai (0)