200309 Świat Nauki wrzesien 2003 Maly Wielki Mózg.pdf

Mó˝d˝ek , d∏ugo uwa˝any jedynie

za koordynatora ruchów cia∏a,

jest aktywny podczas wielu czynnoÊci poznawczych

wielki

mó˝d˝ek

James M. Bower i Lawrence M. Parsons

„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.”

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,

WRZESIE¡ 2003 ÂWIAT NAUKI 59

Ma∏y

WI¢KSZY, NI˚ SÑDZISZ

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.

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.

Pó∏kule mózgowe

Rozprostowana kora

lewej pó∏kuli mózgu

Mó˝d˝ek

Rozprostowana kora

prawej pó∏kuli mózgu

Rozprostowany

mó˝d˝ek

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

Nie tylko ruch

WPO ¸ 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

Przeglàd / Mó˝d˝ek

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.

60 ÂWIAT NAUKI WRZESIE¡ 2003

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.

Równoleg∏e

w∏ókna komórek

ziarnistych

Neuron gwiaêdzisty

Neuron

koszyczkowaty

Dendryty

komórek

Purkinjego

Wst´pujàcy

akson komórki

ziarnistej

Komórki ziarniste

Neuron

Golgiego

Komórka

Purkinjego

Powi´kszony

obszar

Komórki

ziarniste

WRZESIE¡ 2003 ÂWIAT NAUKI 61

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

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.

Pole reprezentacyjne

w korze mó˝d˝ku

KLUCZ

Przednie wàsy

Warga górna

Wn´trze pyska

Warga dolna

Siekacz górny

Siekacz dolny

Mózg szczura

Mó˝d˝ek

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-

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.

62 ÂWIAT NAUKI WRZESIE¡ 2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: