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 antrąją šios knygos ištrauką.

***

Bendradarbiai jį vadina Merzu, tai rimuojasi su „mersu“. Vairuodamas nedidelį automobilį atviru stogu į susitikimus (minimą popietę jis buvo suplanavęs bent du susitikimus vienu metu), žiliems plaukams plaikstantis vėjyje, jis ima aiškinti, kad ryškiausi jo antrosios gyvenimo pusės prisiminimai – jam dabar šešiasdešimt vieni – yra susiję su mokslinių idėjų aptarimais. Man tų aptarimų tenka klausytis, kai jis traškančiu balsu rėkia į mobilųjį telefoną. Prieš važiuodamas vienu iš San Francisko didingųjų tiltų jis sumoka kelių mokestį, kurio mokėti visiškai neprivalo, tačiau yra pernelyg susikoncentravęs į mūsų aptarinėjamas sąvokas, kad į tai atkreiptų dėmesį. Jis bendradarbiauja su galybe kitų mokslininkų, dalyvauja daugybėje eksperimentų ir yra įkūręs ne vieną kompaniją. Apie save jis sako, kad jam „vos pavyksta išsilaikyti šioje beprotybės pusėje“. Jis nėra kuoktelėjęs, bet iš tiesų įdomus įtampos ir neformalumo derinys. Jis gimęs Lebanone, Oregono valstijoje, yra vokiečių kilmės, tačiau, nors pavardė ir vokiška, o darbo etika nepriekaištinga, jo kalbos maniera, kaip būdinga visiems Vakarų pakrantės gyventojams, nerūpestinga ir paprasta.

Michaelo Merzenicho pareiškimai ambicingesni nei kitų tiksliųjų mokslų kvalifikaciją turinčių neuroplastiškumo specialistų: jis teigia, kad smegenims skirti pratimai gali būti ne mažiau veiksmingi už vaistus gydant netgi tokias sunkias ligas kaip šizofrenija, kad plastiškumu smegenys pasižymi nuo lopšio iki karsto lentos ir kad radikalus pažintinių funkcijų – mokymosi, mąstymo, suvokimo ir atminties – pagerėjimas įmanomas netgi senyvame amžiuje. Naujausia jo užpatentuota metodika žada suteikti suaugusiems žmonėms galimybę lavinti kalbos įgūdžius, išvengiant didelių pastangų reikalaujančios mokymosi atmintinai metodikos. Merzenichas teigia, kad naujo įgūdžio lavinimas, jei tik atliekamas tinkamomis sąlygomis, gali pakeisti šimtus milijonų, o gal net milijardus mūsų smegenų žemėlapiuose esančių tarpneuroninių jungčių. 

Jei jums tokie įspūdingi teiginiai kelia abejonių, atminkite, kad jų autorius yra žmogus, kuriam jau pavyko padėti įveikti iki tol neišgydomais laikytus sutrikimus. Karjeros pradžioje Merzenichas, padedamas komandos, sukūrė populiariausią kochlearinio implanto, iš prigimties kurtiems vaikams suteikiančio galimybę girdėti, versiją. Šiandieninės pastangos skirtos tam, kad pasitelkus plastiškumo idėją padėtų mokymosi negalią turintiems vaikams pagerinti pažintines galias. Ši metodika grįsta plastiškumo idėja paremta kompiuterine programa, vadinama „Fast ForWord“, kuri jau pagelbėjo šimtams tūkstančių. „Fast ForWord“ iš pažiūros tėra vaikams skirtas žaidimas. Tačiau nuostabiausia tai, kaip greitai ima rastis pokyčiai. Pasitaiko, kad visą gyvenimą kognityviosios sistemos sutrikimais skundęsi žmonės pagerėjimą pajaučia jau tarp trisdešimtosios ir šešiasdešimtosios gydymo programos valandos. Vienas iš netikėtų rezultatų buvo tai, kad ši programa padėjo ir keliems autizmu sergantiems vaikams.

Merzenicho teigimu, kai mokantis atsižvelgiama į smegenų plastiškumo dėsnius, psichinė smegenų struktūra gali būti patobulinta, ir mes galime daug tiksliau ir greičiau mokytis bei įsiminti informaciją, taip pat ilgau ją išlaikyti.

Akivaizdu, kad mokydamiesi daugiau sužinome. Tačiau, Merzenicho manymu, mes kartu keičiame smegenų struktūrą ir gebėjimą mokytis. Kitaip nei kompiuteris, smegenys geba nuolatos prisitaikyti prie naujų sąlygų.

Apie išorinį smegenų sluoksnį jis sako, kad smegenų žievė informacijos apdorojimo gebėjimus ima selektyviai tobulinti susidūrusi su kiekviena užduotimi atskirai. Ji ne tik mokosi, bet ir „mokosi mokytis“. Merzenicho nuomone, smegenys nėra vien tik indas, kurį pripildome, bet greičiau apetitą turintis gyvas organizmas, kuris, tinkamai maitinamas ir mankštinamas, gali augti ir keistis. Prieš Merzenicho atradimus smegenys laikytos sudėtinga mašina, pasižyminčia nekintamomis atminties, informacijos apdorojimo greičio ir intelekto ribomis. Merzenichas įrodė, kad kiekviena šių prielaidų yra klaidinga.

Pirmasis Merzenicho susidūrimas su suaugusio žmogaus smegenų plastiškumu buvo atsitiktinis. 1968 metais, baigęs doktorantūros studijas, jis ėmėsi podoktorantūrinių tyrimų pas mokslininką iš Madisono miesto Viskonsino valstijoje Clintoną Woolsey’ų, kuris taip pat buvo Penfieldobendradarbis. Woolsey’us paprašė Merzenichą vadovauti dviem neourochirurgams – daktarams Ronui Paului ir Herbertui Goodmanui. Trejetas nusprendė išsiaiškinti, kas vyksta smegenyse tuo metu, kai, įpjovus vieną iš šalutinių plaštakos nervų, jis pradeda gyti.

Svarbu suvokti, kad nervų sistema sudaryta iš dviejų dalių. Pirmoji dalis – centrinė nervų sistema (galvos ir nugaros smegenys), kuri yra tarsi sistemos vadavietė. Buvo manoma, kad ši sistemos dalis plastiškumu nepasižymi. Antroji dalis yra periferinė nervų sistema, kuri signalus iš jutimų receptorių perduoda į nugaros ir galvos smegenis, o iš nugaros ir galvos smegenų juos siunčia į raumenis ir liaukas. Jau seniai žinoma, kad periferinė nervų sistema yra plastiška – įsipjovus plaštakos nervą jis gali išgyti.

Kiekvienas neuronas sudarytas iš trijų dalių. Dendritai yra besišakojančio medžio formos ataugos, kurios priima signalus iš kitų neuronų. Dendritai pereina į ląstelės kūną, kuriame yra DNR ir kuris palaiko ląstelės gyvybę. Galiausiai aksonai – tai įvairių ilgių (nuo mikroskopinio ilgio smegenyse iki tokių, kurie eina iš galvos į kojas ir gali būti iki šešių pėdų (180 centimetrų ilgio) neuronų ataugos, tarsi gyvi kabeliai. Aksonai dažnai lyginami su elektros laidais, nes jais labai dideliu greičiu – nuo 2 iki 200 mylių per valandą (maždaug nuo 3,22 iki 322 kilometrų) – elektriniai impulsai keliauja į gretimų neuronų dendritus.

Neuronas gali priimti dviejų tipų signalus – žadinančius ir slopinančius. Neuronui iš kitų neuronų gavus pakankamai žadinančių signalų, įsijungs ir jo paties signalas. O gavus pakankamai slopinančių signalų mažiau tikėtina, kad jo signalas taip pat įsijungs. Aksonai su gretimai esančiais dendritais nesiliečia. Juos skiria mikroskopinė erdvė, kuri vadinama sinapse. Elektros signalui pasiekus aksono galiuką, į sinapsę išleidžiama nervų ląstelių signalus pernešanti cheminė medžiaga, vadinama neurotransmiteriu. Šis cheminis perdaviklis keliauja į gretimo neurono dendritą ir jį sužadina arba slopina. Sakydami, kad neuronai persiprogramuoja, mes kalbame apie pokyčius sinapsėje, kurioje sustiprinamos tarpneuroninės jungtys ir padidinamas jų skaičius, arba atvirkščiai – jungtys silpninamos ir jų skaičius mažinamas.

Merzenichas, Paulas ir Goodmanas norėjo ištirti gerai žinomą, tačiau vis tiek paslaptingu laikytą ryšį tarp centrinės ir periferinės nervų sistemos. Kai įpjaunamas didelis periferinis nervas (kuriame daug aksonų), kartais regeneracijos metu gali „susikryžiuoti kabeliai“. Aksonui prisijungus prie neteisingo neurono, asmuo gali patirti klaidingos lokalizacijos efektą, kuomet, pavyzdžiui, palietus rodomąjį pirštą, jaučiamas nykščio lietimas. Mokslininkų buvo padaryta prielaida, jog ši klaidinga lokalizacija pasireiškia dėl to, kad regeneracijos metu nervai yra sumaišomi ir signalas iš rodomojo piršto perduodamas į nykščio veiklą reguliuojantį smegenų žemėlapį.

Mokslininkai rėmėsi smegenų ir nervų sistemos samprata, pagal kurią kiekviename žmogaus kūno paviršiaus taške yra nervas, perduodantis signalą tiesiai į konkretų tašką smegenų žemėlapyje, ir šis taškas suprogramuotas nuo pat gimimo. Todėl nykščio nervo atauga signalus siunčia tiesiai į tą vietą jutiminės smegenų dalies žemėlapyje, kuri skirta nykščio signalams apdoroti. Merzenichas, kaip ir jo kolegos, priėmė šią principu „iš taško į tašką“ paremtą smegenų žemėlapio sampratą ir ėmė dokumentuoti, kas nutinka smegenyse, kai nervai sukeičiami vietomis.

Jie sudarė kelių paaugliško amžiaus beždžionių plaštakų veiklą reguliuojančių smegenų sričių mikrožemėlapius. Įpjovę vienos plaštakos periferinį nervą, jie tuojau pat susiūdavo perpjautas dalis taip, kad jos būtų netoli viena kitos, tačiau nesiliestų, tikėdamiesi, kad nervui regeneruojantis jame esantys aksonai susikryžiuos tarpusavyje. Praėjus keliems mėnesiams jie sudarydavo naują smegenų žemėlapį. Merzenichas tikėjosi, kad šis naujas žemėlapis bus sujauktas ir chaotiškas. Kitaip tariant, jis tikėjosi, kad, susikryžiavus rodomojo piršto ir nykščio nervams, palietus rodomąjį pirštą, smegenų žemėlapyje bus suaktyvinama nykščio sritis. Tačiau nieko panašaus neatsitiko. Smegenų žemėlapis liko beveik nepakitęs. 

– Tai, ką išvydome, – sako Merzenichas, – mus visiškai pribloškė. Niekaip negalėjau to suvokti. 

Topografinisišsidėstymas rodė, kad smegenys sugebėjo išnarplioti susikryžiavusių nervų siunčiamus signalus.

Ši proveržių savaitė pakeitė Merzenicho gyvenimą. Jis suprato, kad, kaip ir kiti pripažinimo sulaukę mokslininkai, jis neteisingai suvokė tai, kaip žmogaus smegenyse kuriami jo kūną ir išorinį pasaulį reprezentuojantys žemėlapiai. Jei smegenų žemėlapis, reaguodamas į neįprastą signalą, gali normalizuoti savo struktūrą, reiškia, jog vyraujantis požiūris, kad mūsų nervų sistema nuo gimimo nekintamai suprogramuota, neteisingas. Smegenys turėtų būti plastiškos.

Kaip smegenys galėtų tai padaryti? Be to, Merzenichas pastebėjo, kad naujieji topografiniaižemėlapiai formavosi šiek tiek kitose vietose nei anksčiau. Todėl lokalizacionistų požiūris, jog kiekviena psichinė funkcija apdorojama visuomet toje pačioje smegenų vietoje, privalėjo būti arba neteisinga, arba radikaliai neišbaigta. Kaip jis galėjo visa tai paaiškinti?

Norėdamas surasti lokalizacionizmui prieštaraujančių įrodymų, Merzenichas patraukė į biblioteką. Čia jis išsiaiškino, kad Grahamas Brownas ir Charles’as Sherringtonas dar 1912 metais pademonstravo, jog, stimuliuojant tą patį motorinės žievės tašką gyvūno smegenyse, vieną kartą koja sulenkiama, o kitą kartą ištiesiama. Šiuo mokslinės literatūros gausoje užmirštu eksperimentu buvo sakoma, kad motorinės žievės žemėlapio smegenyse ir minėto veiksmo ryšys nėra „taškas į tašką“. 1923 metais Karlas Lashley, naudodamas už mikroelektrodus kur kas grubesnę įrangą, atidengęs beždžionės smegenis ir sudirginęs tam tikrą jų sritį užfiksavostimuliacijossukeltą judesį. Tuomet jis vėl užsiuvo beždžionės galvą. Po kurio laiko jis vėl kartodavo eksperimentą, stimuliuodamas beždžionę lygiai toje pačioje vietoje, tačiau dažniausiai pamatydavo, kad sukeliamas judesys būdavo pasikeitęs. Garsaus to meto Harvardo psichologijos profesoriaus Edwino G. Boringo žodžiais tariant, „šiandienos žemėlapis rytoj jau bus pasenęs“.

Taigi žemėlapiai buvo dinamiški.

Merzenichas netruko suvokti, kad šie eksperimentai veda prie revoliucinės reikšmės išvadų. Apie Lashley’io eksperimentą jis papasakojo lokalizacionistui Vernonui Mountcastle’ui. Merzenichas man prasitarė: 

– Lashley’io eksperimentas jam labai nepatiko. Mountcastle’as iš pradžių instinktyviai nenorėjo patikėti, kad plastiškumas egzistuoja. Jis norėjo, kad visi daiktai liktų savo vietose per amžius. Mountcastle’is suprato, kad šis eksperimentas meta didelį iššūkį smegenų suvokimui. Mountcastle’is manė, kad Lashley buvo ekstravagantiškas pagyrūnas.

Neurologai noriai priėmė Hubelo ir Wieselio smegenų plastiškumo kūdikystės laikotarpiu atradimą, nes jie pripažino, jog kūdikio smegenys dar nėra galutinai išsivysčiusios. Tačiau jie atmetė tą Merzenicho atradimą, jog smegenys lieka plastiškos ir žmogui suaugus.

Merzenichas atsilošia atgal ir beveik susigraudinęs ima dalytis prisiminimais: 

– Aš turėjau tiek daug priežasčių tikėti, kad smegenys nėra plastiškos, ir visos jos per savaitę neteko bet kokios prasmės.

Tuomet Merzenichas ėmė ieškoti mokytojų tarp mirusių mokslininkų, tokių kaip Sherringtonas ir Lashley. Jis parašė mokslinį pranešimą apie eksperimentą, kurio metu buvo sukeisti nervai. Šio darbo aptariamojoje dalyje jis ėmė argumentuoti, kad suaugusio žmogaus smegenys plastiškos, nors šio žodžio ir nepavartojo.

Tačiau aptariamoji dalis niekuomet nebuvo išspausdinta. Jo darbo vadovas Clintonas Woolsey šią dalį perbraukė didžiuliu kryžiumi ir paaiškino, kad ji yra pernelyg tariamo pobūdžio ir kad Merzenichas ekstrapoliuoja kur kas daugiau nei kad leidžia turimi duomenys. Toje pranešimo versijoje, kuri buvo išleista, plastiškumas neminimas iš viso, o apie topografinį išsidėstymą užsimenama tik gana paviršutiniškai. Bent jau spausdintame tekste Merzenichas atsisakė prieštarauti vyraujančiam mąstymui. Galų gale juk jis siekė daktaro laipsnio dirbdamas kito žmogaus laboratorijoje.

Tačiau jam sukilo pyktis, o galvoje ėmė suktis mintys. Jis pradėjo galvoti, kad plastiškumas gali būti viena iš pamatinių smegenų savybių, išsivysčiusi tam, kad suteiktų žmonėms konkurencinį pranašumą, – o tai buvo iš tiesų nuostabus dalykas.

Jis nusprendė atlikti vieną paprastą, tačiau radikalų eksperimentą, kurio metu nuo smegenų žemėlapio jis atkirto bet kokius jutiminius signalus ir stebėjo smegenų reakciją. Jis kreipėsi pagalbos į savo draugą ir kolegą neurologą iš Vanderbilto univeristeto Nešvilyje Joną Kaasą, kuris dirbo su suaugusiomis beždžionėmis. Kaip ir žmogaus, beždžionės rankoje yra trys nervai: radialinis, vidurinysis ir alkūnės. Vidurinysis nervas perduoda jutimus iš vidurinės rankos dalies (tarp alkūnės ir plaštakos), o kiti du – iš priešingų rankos galų (alkūnės ir plaštakos). Merzenichas, norėdamas pamatyti viduriniojo nervo smegenų žemėlapio reakciją į signalų praradimą, perpjovė vienos iš beždžionių vidurinįjį nervą. Tuomet grįžo į San Franciską ir ėmė laukti.

Praėjus dviem mėnesiams jis grįžo atgal į Nešvilį. Sudaręs beždžionės smegenų žemėlapį pamatė, kad, kaip ir tikėjosi, palietus vidurinę beždžionės rankos dalį (tarp alkūnės ir plaštakos), smegenų žemėlapio dalyje, kurioje paprastai apdorojami viduriniojo nervo siunčiami signalai, nesimatė jokio suaktyvėjimo. Tačiau kitas atradimas jį gerokai nustebino.

Paglosčius beždžionės rankos išorines dalis – tas sritis, iš kurių signalai paprastai siunčiami radialiniais ir alkūnės nervais, – buvo suaktyvinamas ir viduriniojo nervo žemėlapis! Radialiniam ir alkūnės nervui skirtos smegenų žemėlapio dalys buvo beveik padvigubėjusios ir užėmusios tą dalį, kurioje anksčiau buvo viduriniojo nervo žemėlapis. Be to, šie nauji žemėlapiai buvo topografiški. Šį kartą Merzenichas ir Kaasas, aprašydami tyrimo rezultatus, įvykusius pokyčius pavadino įspūdingais ir jiems paaiškinti pavartojo žodį „plastiškumas“, nors ir parašė kabutėse.

Eksperimentas parodė, kad, atkirtus vidurinįjį nervą, kiti nervai, jei tik sulauks pakankamai elektrinių signalų, perims nenaudojamo žemėlapio erdvę ir panaudos ją savo signalams apdoroti. Pasiskirstydami smegenų informacijos apdorojimo galią, smegenų žemėlapiai dalyvauja kovoje dėl vertingųjų išteklių ir vadovaujasi principu „Naudokis arba prarasi“.

Konkurenciška plastiškumo prigimtis veikia visus. Kiekvieno mūsų smegenyse vyksta nepaliaujamas nervų karas. Nustoję naudotis protiniais įgūdžiais mes ne tik juos užmirštame, bet ir jiems skirta smegenų žemėlapio erdvė atitenka tiems įgūdžiams, kuriais naudojamės. Ar kada esate savęs paklausę: „Kaip dažnai turėčiau praktikuoti prancūzų kalbą, groti gitara ar mokytis matematikos, kad neužmirščiau šių įgūdžių?“ Šis klausimas iš smegenų plastiškumo srities. Jūs klausiate, kaip dažnai turėtumėte praktikuoti tam tikrą veiksmą, kad jo smegenų žemėlapio erdvė nebūtų prarasta.

Suaugusiųjų smegenų konkurencinis plastiškumas gali paaiškinti ir kai kuriuos ribotumus. Tik pagalvokite apie sunkumus, su kuriais dauguma suaugusiųjų susiduria mokydamiesi užsienio kalbos. Anot šiandien vyraujančios nuomonės, šie sunkumai kyla todėl, kad baigiasi kritinis kalbos mokymosi laikotarpis ir smegenys tampa pernelyg nelanksčios, kad galėtų pakeisti savo struktūrą dideliu mastu. Tačiau atradus konkurencinį plastiškumą atrodo, kad čia dar ne visas paaiškinimas. Kuo daugiau sendami vartojame gimtąją kalbą, tuo labiau ji ima dominuoti mūsų lingvistinio žemėlapio erdvėje. Sunku išmokti naują kalbą ir padaryti galą gimtosios kalbos tironijai todėl, kad smegenys plastiškos.

Jei tai tiesa, kodėl lengviau išmokti užsienio kalbą jaunystėje? Ar tuomet smegenyse nėra konkurencijos? Ne, nėra. Jei šiuo kritiniu laikotarpiu išmokstamos dvi kalbos, jos abi užsitikrina atramos taškus mūsų smegenyse. Merzenicho teigimu, smegenų skenogramos parodė, kad dvikalbių vaikų smegenyse abiejų kalbų garsai apdorojami tame pačiame dideliame žemėlapyje, kuris yra tarsi didelė abiejų kalbų garsų biblioteka.

Konkurencinis plastiškumas taip pat padeda paaiškinti, kodėl taip sunku atsikratyti ar užmiršti blogus įpročius. Dauguma mūsų apie smegenis galvoja kaip apie konteinerį, kurį vis papildome išmokdami ką nors nauja. Tačiau įgijus naują įprotį jis užima dalį smegenų žemėlapio ir, kas kartą mums jį kartojant, užima vis didesnę to žemėlapio dalį ir neleidžia įgyti kitų (gerų) įpročių. Štai kodėl užmiršti dažnai kur kas sunkiau nei išmokti ir kodėl vaikus lavinti taip svarbu – geriausia viską išmokti daryti teisingai kuo anksčiau, kol blogi įpročiai dar neįgijo konkurencinio pranašumo.

Be galo paparstu kitu eksperimentu Merzenichas sugebėjo išgarsinti plastiškumo sampratą tarp neurologų. Šis eksperimentas jam padėjo pervilioti į plastiškumo šalininkų pusę kur kas daugiau skeptikų nei bet kuris kitas ankstesnis ar vėlesnis bandymas. 

Merzenichas sudarė beždžionės plaštakos smegenų žemėlapį. Tuomet jis amputavo beždžionės vidurinįjį pirštą. Praėjus keliems mėnesiams, jis sudarė naują beždžionės plaštakos smegenų žemėlapį ir pamatė, kad amputuotam pirštui priklausiusi smegenų dalis buvo visiškai pranykusi, o gretimų pirštų smegenų žemėlapiai buvo išsikeroję į viduriniajam pirštui priklausiusią erdvę. Tai buvo vienas aiškiausių įrodymų, kad smegenų žemėlapiai dinamiški ir kad vyksta konkurencija dėl smegenų žievės „nekilnojamojo turto“, o smegenų ištekliai paskirstomi remiantis principu „Naudokis arba prarasi“.

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)