NASZ MÓZG.rtf

Budowa mózgu

Mózg człowieka dorosłego, ważąc przeciętnie od 1100 do 1400 gramów, zawiera około 100 miliardów komórek nerwowych i dziesięć razy więcej innych komórek (np. gleju). Komórka nerwowa swoimi kilkuset wypustkami łączy się z innymi komórkami nerwowymi. W ten sposób tworzy się sieć neuronowa niewyobrażalnej wręcz złożoności. Tam powstaje świadomość, inteligencja, pamięć, emocje czy uzdolnienia twórcze.

Upraszczając zagadnienie można powiedzieć, że mózg składa się z dwóch półkul połączonych ze sobą spoidłem wielkim. U podstawy półkul znajduje się pień mózgu, kontrolujący funkcje fizjologiczne (między innymi oddychanie, krążenie i trawienie), oraz móżdżek koordynujący ruchy.

Powierzchnia kory mózgowej jest silnie pofałdowana i po rozwinięciu miałaby w przybliżeniu powierzchnię 1, 5 metra kwadratowego. Korę mózgową dzielimy, w zależności od położenia względem czaszki, na płaty: czołowe, skroniowe, ciemieniowe i potyliczne. Można korę mózgową podzielić także, w zależności od funkcji pełnionej przez jej dany obszar na: pola sensoryczne (odbierające informacje), motoryczne (kontrolujące ruchy) i asocjacyjne (kojarzące i przetwarzające informację).

Mózg nigdy nie znajduje się w stanie spoczynku. Zawsze przejawia aktywność bioelektryczną opartą na impulsach wysyłanych przez komórki nerwowe. Aby zrozumieć, jak powstaje i funkcjonuje chociażby pamięć czy myślenie, konieczne jest poznanie sposobu pracy komórki nerwowej, systemów komunikacji między nimi, a przede wszystkim jak ich praca zmienia się pod wpływem informacji napływającej z zewnątrz.

Neuron - mechanizm funkcjonowania

Komórki nerwowe zwane też neuronami, różnią się znacznie pomiędzy sobą. Dotyczy to przede wszystkim wielkości ciała komórkowego oraz liczby, długości i budowy wypustek. Neuron składa się z kadłuba komórki i dwóch rodzajów wypustek - aksonu i dendrytów. Komórka nerwowa za pomocą aksonu wysyła impulsy na zewnątrz (do innych komórek nerwowych lub do efektorów, czyli narządów wykonawczych - mięśni). Wypustki drugiego rodzaju - dendryty przewodzą impulsy do wnętrza komórki. Każda komórka nerwowa ma jeden (nawet do ponad jednego metra długości), akson i wiele (nieraz tysiąc) krótkich, rozgałęzionych dendrytów.

Wszystkie neurony przekazują informacje pod postacią impulsów, które rozchodzą się wzdłuż aksonów do synaps. W synapsach stanowiących miejsce kontaktu pomiędzy neuronami, impulsy przekształcane są z sygnałów bioelektrycznych na chemiczne.

Podstawową cechą neuronu jest pobudliwość, czyli zdolność do reagowania pobudzeniem na bodziec. Bodźcem może być oddziaływanie specyficznej energii na narządy zmysłowe, może też być informacja przekazywana wewnątrz organizmu.
 

Pobudliwość komórka nerwowa opiera na polaryzacji elektrycznej swojej błony. Wnętrze komórki w stanie spoczynku utrzymuje potencjał około - 70 miliwoltów w stosunku do zewnętrznego płynu międzykomórkowego. Jest to rezultat 10 - krotnie większego stężenia jonu sodu (Na+) w przestrzeni międzykomórkowej w porównaniu z wnętrzem neuronu. Efekt ten nazywamy potocznie "pompą jonową". Jest to układ enzymatyczny, aktywnie niewpuszczający poprzez błonę komórkową do wnętrza komórki jonów sodu. Sód gromadzi się na zewnątrz komórki. Zaczynają wtedy działać dwie siły: elektryczna - będąca rezultatem różnic potencjału elektrycznego i biochemiczna - gradientu stężeń. Siły te dążą do wyrównania stanu polaryzacji komórki. Uczestniczą w tym także jony potasu (K+) i chloru (Cl-) (Walawski 1967).

Aktywność "pompy jonowej" jest wprost proporcjonalna do stężenia jonów (Na+) we wnętrzu komórki. Stanowi to regulację o charakterze ujemnego sprzężenia zwrotnego. Dla pozostałych jonów błona komórkowa jest przepuszczalna. Dlatego też, aby wyrównać różnicę potencjału, z wnętrza komórki dyfundują jony (Cl-), a do wnętrza wnika (K+). Wywołuje to różnicę stężeń tych jonów w komórce i na zewnątrz jej. W tych warunkach działa siła chemiczna gradientu stężeń, skierowana przeciwnie do siły elektrostatycznej. W efekcie różnicy stężeń i różnicy potencjału elektrycznego, siły te równoważą się i powstaje stan dynamicznej równowagi, w którym potencjał wynosi około -70 miliwoltów.

Pod wpływem bodźca komórka nerwowa ulega depolaryzacji. Przez kilka milisekund błona komórki nerwowej staje się w pełni przepuszczalna dla wszystkich jonów, w tym także i sodu. Następuje wyrównanie potencjału elektrycznego oraz stężeń w komórce i na zewnątrz jej. Stan ten rozprzestrzenia się po całej komórce nerwowej i poprzez wypustki nerwowe dociera do synaps. W okresie braku aktywności "pompy jonowej" komórka jest niepobudliwa, to znaczy nawet najsilniejszy bodziec nie może wywołać w niej impulsu. Po kilku milisekundach "pompa jonowa" zaczyna znowu działać, a komórka wraca do stanu wyjściowego: jest gotowa do reakcji impulsem na bodziec. Praktycznie komórka nerwowa człowieka może maksymalnie dwieście razy na sekundę reagować pobudzeniem (Walawski 1967).
 

Bodziec przekazywany jest z neuronu do neuronu poprzez synapsy. Gdy impuls dotrze do końca aksonu, powoduje uwolnienie do synapsy mediatora chemicznego, wywołującego impuls w następnej komórce. Prawie natychmiast (opóźnienie jest rzędu kilku milisekund) mediator jest dezaktywowany przez enzymy komórki pobudzonej impulsem. Występuje też tak zwany "wychwyt zwrotny" neuromediatory., to znaczy część neuromediatory pobudzającego wraca do komórki pobudzającej. Cały proces synaptyczny trwa przeważnie kilkanaście milisekund. Tak krótki czas przekazywania impulsu jest związany z niewielkimi rozmiarami przestrzeni synaptycznej. Błonę komórki presynaptycznej od błony komórki postsynaptycznej oddziela przestrzeń o grubości zaledwie 20 nanometrów (Fischbach, 1992).

W synapsach działają dwa rodzaje mediatorów: pobudzające (wywołujące pobudzenie następnej komórki; należą do nich acetylocholina i noradrenalina) oraz hamujące (dezaktywujące mediatory pobudzające, np. serotonina, glutaminian, kwas gamma-aminomasłowy) (Jankowski, 1975).

Komórka nerwowa jest wąsko wyspecjalizowaną komórką. Potrafi jedynie przewodzić i generować impulsy. Procesy odżywiania, wydalania, tworzenia blizn, nadawania sztywności strukturze neuronów wykonują komórki glejowe, których są dwa rodzaje: makroglej i mikroglej.

Komórki makrogleju pośredniczą w wymianie produktów przemiany materii pomiędzy krwią i neuronami, izolują także od siebie poszczególne neurony, a szczególnie ich synapsy. Jak wykazują ostatnie badania, makroglej stanowi również magazyn substancji biochemicznej, w której system nerwowy koduje ślady pamięciowe (Kandel, Hawkins 1992). Z kolei komórki mikrogleju pod wpływem czynników patogennych uszkadzających tkankę nerwową szybko się dzielą (mnożą) i migrują ku ogniskom choroby, infekcji, krwiaka, guza. Tam wykazują silne zdolności żerne. Zwyrodniałe lub obumarłe komórki nerwowe pożerane są przez komórki mikrogleju. Puste miejsca wypełnia następnie blizna glejowa (Walawski, 1967).

W latach pięćdziesiątych XX wieku Hebb (1958) wykazał, że jeżeli bodziec pobudza równocześnie kilka neuronów, to powstają między nimi połączenia synaptyczne. Później pobudzenie jednego z neuronów tak ukształtowanej ich grupy powoduje aktywizację pozostałych neuronów znajdujących się często w odległych od siebie obszarach mózgu.
 

Podstawowy schemat (matryca) połączeń między neuronami jest zakodowany genetycznie. Jednak w toku życia matryca ta jest odpowiednio modyfikowana. Polega to na nakładaniu się wielowarstwowych struktur zespołów engramów w miarę nabywania doświadczenia osobniczego.

Na bodziec odpowiadamy zwykle reakcją. Powtarzające się reakcje stają się odruchem (lub w przypadku bardziej złożonych czynności umiejętnościami). Anatomicznym (mózgowym) podłożem odruchów są właśnie zespoły engramów.

Rola poszczególnych struktur mózgu

Jedną z podstawowych cech systemu nerwowego jest jego plastyczność. Potencjały czynnościowe (impulsy) nie tylko przenoszą informację. Pod ich wpływem tworzą się w neuronach i następnie magazynowane są w otaczającym neurony makrogleju zmiany biochemiczne będące nośnikami śladów pamięciowych (engramów). Niemal wszystko, co potrafimy i co wiemy, jest efektem zapamiętywania. Stanowi ono podstawę naszej osobowości. Zdolność do uczenia się umożliwia przekazywanie własnych doświadczeń innym ludziom niejednokrotnie przez wiele pokoleń. Z kolei, zanik pamięci doprowadza do utraty własnej tożsamości, kontaktu z przeszłością i braku rozumienia teraźniejszości.

Płaty skroniowe

Od wielu lat neuroanatomowie poszukiwali w mózgu ośrodków gdzie zlokalizowana jest pamięć. W latach pięćdziesiątych XX wieku Penfield (1958) - kanadyjski neurochirurg - drażnił elektrycznie mózg operowanych przez siebie chorych na padaczkę. Podczas operacji wykorzystał fakt, że mózg nie ma receptorów bólowych, dzięki czemu operację można przeprowadzać po miejscowym znieczuleniu czaszki i opon mózgowych. Drażniąc okolice skroniowe Penfield (1958) uzyskał u operowanych ciekawy efekt. Pacjenci przeżywali niezwykle wyraziste wspomnienia. Wyrazistość i szczegółowość tych doznań była porównywalna z przeżywaniem teraźniejszości

Rolę płatów skroniowych opisał też Łuria (1967). Jego pacjentem był człowiek z postrzałową raną głowy. W jej rezultacie doznał obustronnego uszkodzenia płatów skroniowych mózgu. Chory utracił zdolność zapamiętywania jakichkolwiek nowych treści. Lekarza, który go leczył przez wiele lat, każdorazowo witał jak obcego. Nie był w stanie zapamiętać wiadomości o śmierci swojego ojca itd. Równocześnie jego wcześniejsza wiedza była nienaruszona, również inteligencja nie doznała uszczerbku. Pacjent potrafił normalnie rozmawiać, jednak po upływie kilku sekund treść rozmowy była dla niego już niedostępna. Łuria sądził, że zdolność zapamiętywania dotyczy wszystkich rodzajów zapamiętywanych informacji. Jednak szczegółowe badania wykazały, że pacjent potrafił, podobnie jak inni, nabywać nowe umiejętności ruchowe, np. jazdę na rowerze opanował bez trudu, mimo że wcześniej na rowerze nigdy nie jeździł. Oczywiście samych lekcji jazdy na rowerze nie pamiętał. Wręcz przeciwnie, twierdził, że nigdy nie jeździł na rowerze.

Przeprowadzone w ostatnich latach badania wykazały, że po usunięciu lub zniszczeniu - na skutek choroby czy kontuzji - płatów skroniowych kory mózgowej upośledzeniu ulegają formy zapamiętywania angażujące świadomość. Dotyczy to zapamiętywania wydarzeń, nazwisk, treści przeczytanych itp. Natomiast praktycznie nieupośledzona jest zdolność nabywania umiejętności ruchowych (Squire, 1993). W normalnych warunkach świadome uczenie się (zapamiętywanie) przebiega szybko, a jego efekty można zaobserwować już po pierwszej próbie. W przeciwieństwie do tego, nabywanie umiejętności przebiega w sposób utajony i narasta stosunkowo wolno w miarę powtarzania danej czynności.

Ta forma uczenia się nie ma związków ze zgromadzoną wiedzą werbalną (Kandel, Hawkins (1992). Nabywanie umiejętności przypomina uczenie się zwierząt. Jak się okazuje, nawet proste bezkręgowce mogą opanować kilka umiejętności, np. unikania miejsca jasnego, gdzie pod wpływem przepływającego tam prądu doznają bólu.
 

Fields (2005) wykazał, że u podstaw zarówno pamięci długotrwałej, jak i krótkotrwałej leży specyfika połączeń miedzy neuronami. W miejscu styku neuronów, czyli synapsie, wypustka przekazująca sygnał (aksonem), napotyka dendryt - jedną z wielu rozgałęzionych wypustek sąsiadujących neuronów. Podczas tworzenia pamięci krótkotrwałej pobudzenie synapsy tymczasowo uwrażliwia ją na następną stymulację wzmacniając jej działanie. Po pewnym czasie braku nowych stymulacji sytuacja wraca do stanu wyjściowego. Natomiast w przypadku pamięci długotrwałej synapsy wzmacniane są na stale. Już od lat sześćdziesiątych naukowcy wiedzieli, że do utrzymania takich zmian w mózgu niezbędna jest aktywność genów w jądrze komórkowym, czyli ich ekspresja prowadząca do produkcji białek i kwasów nukleinowych (głównie RNA w przypadku pamięci autobiograficznej i DNA w pamięci umiejętności).

Engram powstaje, gdy komórki nerwowe tworzące sieć wzajemnych połączeń zwiększają wrażliwość synaps. W przypadku pamięci krótkotrwałej wzmocnienie transmisji synaptycznej utrzymuje się od kilkunastu minut do kilku godzin. Synapsy biorące udział w rozwoju pamięci trwalej wzmacniane są na stale. W powstawaniu pamięci bierze udział sam zapamiętywany sygnał. Swoją podróż od neuronu do neuronu zaczyna on w chwili, gdy pierwsza komórka (presynaptyczna) wygeneruje impuls elektryczny zwany potencjałem czynnościowym, który wędruje wzdłuż aksonu do synapsy (Squire 2004).

Mózgowe ośrodki mowy

Inną, niesłychanie ważną funkcją mózgu jest generowanie i odbieranie mowy. Mowa jest sposobem porozumiewania się ludzi ze sobą. Jednak przy uszkodzeniu mózgu może dojść do różnych zaburzeń mowy. Przytoczę tutaj kilka przykładów. Przy uszkodzeniu pewnych fragmentów kory ciemieniowej chorzy cierpią na tzw. anomię kolorów. Doznają oni normalnych wrażeń kolorów. Potrafią wypowiadać słowa określające kolory. Bez trudu odnajdują barwę identyczną z barwą testową. Potrafią wśród wielu plansz wybrać te jednego koloru i ułożyć je według rosnącego stopnia jasności czy nasycenia. Jednak ich zdolność do nazywania kolorów jest znacznie upośledzona. Chory, wskazując kolor, używa niewłaściwej dla niego nazwy.

Znany jest przypadek pacjenta niepotrafiącego ani wypowiedzieć, ani napisać litery "K". Było to następstwo przebytego wylewu krwi do mózgu. Innych zaburzeń u tej osoby nie stwierdzono.
 

Fields (2005) wykazał, że u podstaw zarówno pamięci długotrwałej, jak i krótkotrwałej leży specyfika połączeń miedzy neuronami. W miejscu styku neuronów, czyli synapsie, wypustka przekazująca sygnał (aksonem), napotyka dendryt - jedną z wielu rozgałęzionych wypustek sąsiadujących neuronów. Podczas tworzenia pamięci krótkotrwałej pobudzenie synapsy tymczasowo uwrażliwia ją na następną stymulację wzmacniając jej działanie. Po pewnym czasie braku nowych stymulacji sytuacja wraca do stanu wyjściowego. Natomiast w przypadku pamięci długotrwałej synapsy wzmacniane są na stale. Już od lat sześćdziesiątych naukowcy wiedzieli, że do utrzymania takich zmian w mózgu niezbędna jest aktywność genów w jądrze komórkowym, czyli ich ekspresja prowadząca do produkcji białek i kwasów nukleinowych (głównie RNA w przypadku pamięci autobiograficznej i DNA w pamięci umiejętności).

Engram powstaje, gdy komórki nerwowe tworzące sieć wzajemnych połączeń zwiększają wrażliwość synaps. W przypadku pamięci krótkotrwałej wzmocnienie transmisji synaptycznej utrzymuje się od kilkunastu minut do kilku godzin. Synapsy biorące udział w rozwoju pamięci trwalej wzmacniane są na stale. W powstawaniu pamięci bierze udział sam zapamiętywany sygnał. Swoją podróż od neuronu do neuronu zaczyna on w chwili, gdy pierwsza komórka (presynaptyczna) wygeneruje impuls elektryczny zwany potencjałem czynnościowym, który wędruje wzdłuż aksonu do synapsy (Squire 2004).

Engram powstaje, gdy komórki nerwowe tworzące sieć wzajemnych połączeń zwiększają wrażliwość synaps. W przypadku pamięci krótkotrwałej wzmocnienie transmisji synaptycznej utrzymuje się od kilkunastu minut do kilku godzin. Synapsy biorące udział w rozwoju pamięci trwalej wzmacniane są na stale. W powstawaniu pamięci bierze udział sam zapamiętywany sygnał. Swoją podróż od neuronu do neuronu zaczyna on w chwili, gdy pierwsza komórka (presynaptyczna) wygeneruje impuls elektryczny zwany potencjałem czynnościowym, który wędruje wzdłuż aksonu do synapsy

Lewa i prawa półkula mózgu

Mózg składa się z dwóch półkul kontrolujących przeciwne strony ciała. W normalnych warunkach obie półkule porozumiewają się ze sobą poprzez łączącą je wiązkę włókien nerwowych (ciało modzelowate). Cokolwiek dzieje się w jednej półkuli, od razu przekazywane jest do drugiej.
Istnieje też zróżnicowanie funkcji półkul mózgowych. Zjawisko to nosi nazwę lateralizacji funkcji. Mowa związana jest najczęściej z lewą półkulą mózgu i są zróżnicowane, a orientacja w przestrzeni z prawą.

Na zjawisko lateralizacji zwrócono uwagę jeszcze w XIX wieku, kiedy to antropolog francuski Broca opisał chorego potrafiącego wypowiedzieć tylko jedno słowo "Tan-tan", który równocześnie rozumiał, co się do niego mówi i zdawał sobie sprawę z własnego defektu. Pośmiertne badanie jego mózgu wykazało uszkodzenie lewego płata czołowego.

W tym samym czasie neurolog Wernicke, doniósł o badaniu przeprowadzonym przez siebie z pacjentem, który nie rozumiał mowy innych, chociaż sam mógł mówić. Badanie jego mózgu wykazało uszkodzenie lewego płata skroniowego (Augustynek, Pilecka 1995).

Co się jednak stanie, gdy linie komunikacyjne zostaną przerwane? Jedną z pierwszych odpowiedzi na to pytanie uzyskano w oparciu o historię przypadku z 1908 roku. Psychicznie chora kobieta nieustannie próbowała się udusić za pomocą lewej ręki. Prawą ręką odciągała rękę lewą od gardła. Twierdziła, że lewa ręka znajduje się poza jej kontrolą. Wykonywała też inne destrukcyjne czynności, jak rzucanie poduszkami albo darcie pościeli, ale zawsze tylko lewą ręką. Neurolog podejrzewał uszkodzenie ciała modzelowatego, powodujące brak komunikacji pomiędzy obu stronami mózgu. Autopsja po śmierci pacjentki potwierdziła to przypuszczenie (Tavris, Wade 1999).

Przypadek ten wskazuje, że obie strony mózgu mogą doświadczać różnych emocji. Co się stanie, gdy zostaną zupełnie rozdzielone? Czy będą snuć różne myśli, przechowywać różne wspomnienia i generować odmienne zachowania?
 

Aby uniemożliwić przenoszenie się ataków epileptycznych z jednej połowy ciała na drugą, dokonał zabiegu nazwanego komisurotomią, a polegającego na przecięciu spoidła wielkiego łączącego ze sobą dwie półkule mózgowe. Zabieg ten izoluje półkule od siebie. Pozwala to kierować wybiórczo bodźce tylko do jednej z półkul (Budohoska, 1989).

Wszyscy pacjenci po takim zabiegu sprawnie nazywali przedmioty pokazywane w prawym polu widzenia, a więc adresowane do lewej półkuli. Natomiast nie mogli tego dokonać, gdy przedmiot, który mieli opisać lub nazwać, eksponowany był w lewym polu widzenia.

Późniejsze badania prowadzone przez wielu innych badaczy wskazały, że prawa półkula w pewnym stopniu rozumie informację werbalną. Jeżeli pacjentowi z rozdzielonymi półkulami umieszczono przed lewym okiem kartkę z nazwą jakiegoś przedmiotu, nie potrafił on tego przeczytać. Potrafił jednak wskazać ten przedmiot wśród innych wyłożonych przed nim. Jeżeli było to słowo np. papieros, a przed badanym nie było papierosa, pacjent wybrał lewą ręką cygarniczkę. Dowodzi to, że prawa półkula była nie tylko zdolna do zrozumienia napisu, lecz i do logicznego kojarzenia (Augustynek, Pilecka 1995).

W szeregu eksperymentów badacze jednoznacznie wykazali, że prawa półkula, choć nie potrafi generować mowy, to jednak myśli, pamięta i również posiada ograniczone możliwości rozumienia prostych treści werbalnych (Budohoska, 1989).

Opierając się na swoich badaniach Sperry (1968) uważał, że każda półkula stanowi jak gdyby oddzielny mózg, który posiada własną percepcję, pamięć, świadomość i samoświadomość. Ponadto, mimo że większość czynności psychicznych w normalnych warunkach półkule wykonują wspólnie, to jednak każda z nich posiada swoją specjalizację. Półkula lewa opracowuje napływające informacje sekwencyjnie (kolejno). Najbardziej do takiej obróbki nadają się właśnie werbalne. Prawa półkula analizuje napływające informacje holistycznie (całościowo). Specjalizacją jej jest orientacja w otoczeniu i analiza stanów emocjonalnych. Prawa półkula jest lepsza od lewej przykładowo w lokalizowaniu dźwięku.

Badania z ostatnich lat wykazały, że prawa półkula odpowiedzialna jest za pamiętanie różnego typu wzorców (twarze, przedmioty oraz graficzny wzorzec słowa) (Augustynek, Pilecka 1995).
 

To ostatnie ma szczególne znaczenie. Ucząc się pisać ortograficznie posługujemy się pewnymi regułami. W większości opieramy się jednak na pamięci sposobu pisania słowa (graficzny wzorzec słowa). Wzorce te zakodowane są właśnie w prawej półkuli. Jest dla niej obojętne, co znaczy napisane słowo. Jej funkcją jest jedynie porównanie obrazu napisanego słowa z zakodowanym wzorcem. Dlatego też uszkodzenie prawej półkuli może prowadzić do zaburzeń w umiejętności ortograficznego pisania.

Jeżeli osoba z jakiegoś powodu nie pamięta jak należy poprawnie napisać dane słowo, często pisze go dwukrotnie i zapis ten porównuje. Na ogół dokonuje prawidłowego wyboru dzięki prawopółkulowemu wzorcowi graficznemu tego słowa. Są osoby, które popełniają liczne błędy ortograficzne. Przeważnie dotyczą one pisowni, której nie da się zróżnicować fonetycznie, ani też nie występują tutaj jednoznaczne reguły. Dotyczy to przykładowo słów zawierających: h - ch, u - ó, ż - rz itd. W tym przypadku przyczyną błędu jest nieumiejętność wytworzenia graficznego wzorca słowa. Taka przypadłość rozpoznana w badaniu psychologicznym, będąc formą dysleksji jest podstawą do nadzwyczajnego złagodzenia wymagań szkolnych w zakresie ortografii.

Inną specjalizacją prawej półkuli jest rozpoznawanie i analiza emocji. W badaniach eksperymentalnych (Gazzaniga 2000) wykazano, że (u osób zdrowych) fotografie twarzy, niezależnie od emocji, jakie wyrażają, są lepiej rozpoznawane, gdy pojawią się w lewym polu widzenia. Z kolei, przy tworzeniu (generowaniu) emocji biorą udział obydwie półkule. Z tym, że lewa półkula tworzy pozytywne emocje, a prawa negatywne. Dramatycznym tego potwierdzeniem był przypadek osoby z rozszczepionym operacyjnie mózgiem. Zaczęła ona lewą ręką dusić swoją żonę, równocześnie odciągając tę rękę swoją prawą dłonią i krzycząc: "puść ją!". Inny przykład to sytuacja, kiedy badany w coś gra i przegrywa, wtedy prawa półkula wykazuje większą aktywność niż lewa. Odwrotnie, kiedy badany wygrywa.

Przy wybiórczym, ogniskowym i prawostronnym uszkodzeniu ośrodków rozpoznawania emocji chory nie rozróżnia zabarwienia emocjonalnego w mowie innych. Nie wie, czy go chwalą, czy ganią (np. powiedzenie "tylko ciebie nam tutaj brakowało!" przyjmie za pochwałę

Przy uszkodzeniach niektórych obszarów prawej półkuli pojawiają się różnego typu zaburzenia w orientacji. Chory nie może trafić do swojego pokoju. Nie potrafi narysować planu kilku ulic miasta, w którym mieszka od lat. Nie umie posługiwać się mapą, ani nawet narysować linii równoległych. Często traci umiejętność narysowania czegokolwiek, nawet odrysowania bardzo prostego rysunku (np. koła czy trójkąta). Uszkodzenie prawej półkuli może wywołać tzw. anozognozję, czyli nieprawidłowy odbiór informacji z własnego ciała w zakresie jego schematu czy podstaw budowy. Pacjent myli strony ciała. Rękę wkłada do nogawki spodni, może skarżyć się, że jego ręka urosła wielokrotnie. Innym ciekawym objawem uszkodzenia prawej półkuli jest prozopagnozja, czyli nieumiejętność rozpoznawania twarzy ludzi (nawet najbliższych: własnych dzieci, rodziców, współmałżonka).

Przy uszkodzeniu okolic potylicznych którejś z półkul chory może nie dostrzegać jednej ze stron otaczającego go świata. Rysując dom, narysuje tylko jedną jego stronę (przy uszkodzeniu lewej półkuli lewą stronę domu narysuje w miarę poprawnie; wynika to z faktu, że prawa część obrazu jest adresowana do uszkodzonej lewej półkuli). Co ciekawe, przy uszkodzeniu motorycznych obszarów kory mózgowej prawej półkuli zdarza się, że chory nie ma świadomości swego defektu, np., gdy lewa strona jego ciała jest sparaliżowana, on chce iść pobiegać po lesie. (Gazzaniga 2000).

Po wielu latach badań (Gazzaniga 2000) nad rozdzielonym mózgiem okazało się, że obdarzona zdolnością tworzenia oraz rozumienia mowy, inwencją i zdolnością do interpretacji lewa półkula ma poczucie świadomości zupełnie inne niż konkretna, odpowiedzialna za rozpoznawanie oraz orientację, prawdomówna, dosłowna półkula prawa. Chociaż obie te połowy mózgu mogą być uznane za świadome, świadomość lewej daleko przewyższa świadomość prawej, (którą niektórzy badacze nazywają ukrytym obserwatorem - hidden observer).

Odkrycia kilku ostatnich lat wykazały, że lateralizacja funkcji występuje niemal u wszystkich zbadanych do tej pory gatunków zwierząt. Wokalizacja u ptaków śpiewających związana jest z lewą półkulą. Lewostronnie zlokalizowane jest u kurcząt uczenie się wyjadania ziaren z piasku.

 

Natomiast prawostronnie zlokalizowana jest reakcja podążania za matką (tzw. imprinting). Dotyczy on głównie zwierząt i ptaków, które bezpośrednio po urodzeniu muszą sprawnie poruszać się i podążać za matką, np. ptaków nieżyjących w gniazdach: bażantów, kaczek, a także zwierząt stadnych, zwykle kopytnych. Sens biologiczny tej funkcji jest oczywisty. Młody organizm jak najszybciej musi zapamiętać obraz matki, która stanowi dla niego szansę przeżycia dzięki ochronie i żywieniu. Dla pisklęcia bezpośrednio po wykluciu się z jaja wszystko to, co jest większe od niego i porusza się w pobliżu, może być "matką". Wystarczy dziesięciominutowy kontakt dla utrwalenia tej reakcji. Gdy osesek owcy zostanie porzucony przez matkę i zajmie się nim pasterz, "wdrukuje" on obraz pasterza, jako matki. Znany jest eksperyment Lorenza (1981) - laureata nagrody Nobla z dziedziny medycyny, za którym w wyniku wdrukowania (imprintingu) podążały młode gęsi jak za matką. Ciekawie przebiegał też eksperyment, kiedy gęsiom zastępuje matkę zdalnie sterowany model samolotu. Już kilkutygodniowe gęsi sprawnie latały za samolocikiem (Augustynek 1982).

Reakcja imprinting musi być wytworzona w ciągu pierwszych 24 godzin życia. W przeciwnym wypadku zwierzę czy ptak nie wytworzy reakcji podążania za matką. Zależność ta jest zresztą dwustronna. Owca, która nie wyliże swojego dziecka po jego urodzeniu, nie zaakceptuje go już nigdy.

Obserwacje następstw operacyjnego wycięcia płatów skroniowych, dokonywanych głównie w Instytucie Neurologicznym w Montrealu przez W. Penfielda i B. Milner (Penfield, 1958), wskazują, że trwała niepamięć występuje tylko, wówczas, gdy usunięto obydwa płaty skroniowe (lewej i prawej półkuli). U żadnego chorego z usuniętym lub uszkodzonym tylko jednym płatem skroniowym amnezji nie zaobserwowano. Rodzi to pytanie, czy poszczególne ślady pamięciowe znajdują się tylko w jednej półkuli, a obie mają do nich dostęp, czy też są zdublowane.
 

W zdrowym mózgu obie półkule ściśle współpracują i opracowują napływające informacje. Odmienny charakter aktywności bioelektrycznej półkul przemawia jednak dodatkowo za tym, że w odmienny sposób dokonują one analizy tych informacji. O współpracy między półkulami świadczy też fakt, że materiał wyuczony przez jedną półkulę nie wymaga już uczenia się przez drugą. Odruch mrugania wytworzony dla prawego oka samoczynnie obejmuje również oko lewe. Uszkodzenie nawet dużych obszarów jednej z półkul nie wywołuje niepamiętania określonych faktów (prowadzi jedynie do ogólnego - niespecyficznego osłabienia wyrazistości przypomnień). Wskazuje to, że engramy (ślady pamięciowe) są w naszym mózgu zdublowane, a może raczej zapamiętane, jako efekt równoczesnego działania obu półkul mózgu, z których każda na swój sposób opracowuje napływającą informację.

Problem ten stał się przedmiotem licznych badań eksperymentalnych. Uczono w nich zwierzęta wykonywania zadania, przy którym tylko jedna półkula otrzymywała informację sensoryczną (tworzono odruch warunkowy dla prawego oka, gdy lewe oko było zasłonięte). Jak się okazało, odruch warunkowy ujawniał się również, gdy bodziec zadziałał na oko lewe przy prawym przysłoniętym.

W drugim etapie eksperymentu, na innych zwierzętach, przecinano skrzyżowanie wzrokowe. W efekcie lewe oko łączyło się tylko z lewą półkulą; a prawe z prawą. Następnie uczono zwierzę jakiejś reakcji na bodźce wzrokowe, gdy jedno z oczu miało przysłonięte przepaską. Po wyuczeniu przenoszono przepaskę na drugie oko i dawano zwierzęciu do wykonania to samo zadanie. Zwierzę dobrze radziło sobie z zadaniem, chociaż prawa półkula jego mózgu nigdy wcześniej nie odebrała bezpośrednio niezbędnej informacji. Prawa i lewa są najwidoczniej, więc zorientowane, w tym co robi każda z nich.

Dalszym etapem omawianego eksperymentu było najpierw, tak jak w poprzednim etapie, wytworzenie odruchu na lewe oko. Następnie przecinano nie tylko skrzyżowanie wzrokowe, ale i spoidło wielkie. W efekcie wymiana informacji pomiędzy półkulami stała się niemożliwa. Mimo to zwierzę reagowało odruchem również na bodziec działający na prawe oko. Dowodzi to, że ślady pamięciowe zostały zdublowane w obu półkulach mózgu.
 

Korowe i podkorowe ośrodki mózgu

Mózg jest skomplikowanym układem o wielopiętrowej organizacji. Inne funkcje pełnią ośrodki podkorowe, a inne korowe. Funkcje te nieraz uzupełniają się (chociażby na zasadzie układu antagonistycznego; np. jeden ośrodek wywołuje uczucie głodu, a drugi sytości - przewaga jednego z nich determinuje przeżywane przez nas subiektywne doznania). Zaburzenie w działaniu jednego ośrodka może upośledzić, a nawet uniemożliwiać pracę innego.

W mózgu istnieje wiele ośrodków podkorowych regulujących funkcje psychiczne. Do najważniejszych zaliczamy wzgórze i podwzgórze. Regulacja funkcji fizjologicznych ustroju dokonywana jest przede wszystkim przez pień mózgu (rdzeń przedłużony). Istotną rolę w regulacji hormonalnej spełniają przysadka i szyszynka. Za wyższe czynności psychiczne (świadomość, samoświadomość, logiczne myślenie) odpowiada kora mózgowa. U chorego z zanikiem mózgu (proces degeneratywny obejmujący przede wszystkim korę mózgową) może dojść do zupełnego zaniku świadomości, ale równocześnie jak długo będzie on przytomny, tak długo reagować będzie na bodźce specyficznym odruchem. Odwróci głowę za światłem lub w kierunku źródła dźwięku, będzie gryzł i przełykał, kiedy w jego ustach znajdzie się pokarm. Dzieje się tak, gdyż za odbiór wrażeń zmysłowych i odruchowe reagowanie na nie odpowiedzialne są ośrodki zlokalizowane w pniu mózgu.

Drażnienie słabym prądem elektrycznym (wywołuje to aktywność drażnionych ośrodków) przedniej części podwzgórza wywołuje u kota - w zależności od lokalizacji pobudzenia - agresję, ucieczkę, ruchy wymiotne, lizanie łapy. Czynnościom tym towarzyszy odpowiednia postawa ciała (np. syczenie, jeżenie sierści, wygięcie grzbietu, wysunięcie pazurów). Znamienne jest tutaj to, że nawet najsilniejsza reakcja, powstała pod wpływem drażnienia prądem elektrycznym, ustępuje błyskawicznie z chwilą przerwania pobudzenia i kot zachowuje się tak, jakby nic przed chwilą nie zaszło. Stymulując tylne części podwzgórza, wywołujemy pęd do jedzenia i picia. Kot pije mleko, wodę, je w dużych ilościach każdy pokarm, a nawet próbuje jeść przedmioty niejadalne, np. klucz, talerz czy gazetę. Drażnienie środkowych części podwzgórza prowadzi do natychmiastowego zaśnięcia. Można takiego kota obudzić potrząsaniem lub podstawiając mu pod nos kawałek mięsa. Zbudziwszy się pożre mięso i położy się, aby dalej spać.
 

Ośrodek regulacji okresów czuwania i snu

Mechanizm snu od strony biochemicznej dobrze obrazuje eksperyment przeprowadzony w 1912 roku przez Legendre'a i Pierona. Badacze wciągu 10 dni uniemożliwili psom zaśnięcie. Następnie surowicę z ich krwi wstrzykiwali do mózgu zdrowych psów. Te niezwłocznie zapadały w głęboki sen (Bilikiewicz, 1979).

Badania zapoczątkowane w latach siedemdziesiątych XX wieku doprowadziły do wykrycia trzech ośrodków, od których zależy regulacja czuwania i snu.

Pierwszy z nich znajduje się w środkowej części wzgórza. Reguluje on rytm snu i czuwania. Jego podrażnienie wywołuje sen. Inną funkcją wzgórza jest odcięcie od efektorów (mięśni) śpiącej kory mózgowej. Prowadzi to do zwiotczenia całego ciała i spokojnego snu. W przypadku niepełnego odłączenia śniący człowiek wykonuje ruchy związane z tym, o czym śni. Zjawisko to znane jest dobrze właścicielom psów, które śpiąc przebierają nogami, szczekają czy wykonują ruchy pożerania pokarmu. U człowieka może dojść do lunatyzmu (somnambulizmu). Człowiek śpiąc wykonuje nieraz złożone czynności, których następnie nie pamięta. Czasami mówi. Dostosowując do niego intonację głosu można nawiązać rozmowę. Niejednokrotnie rozmowa taka bywa całkiem składna. W cięższych przypadkach somnambulizmu chory opuszcza dom i jak historia kryminalistyki podaje, może dokonywać czynów również przestępczych.

Drugi ośrodek snu zlokalizowany jest w tzw. tworze siatkowatym (formatio reticularis), który znajduje się w pniu mózgu. Jego uszkodzenie prowadzi do stanu śpiączki, a raczej omdlenia, z którego nawet najsilniejsze bodźce zewnętrzne nie są w stanie chorego wyprowadzić.

Działanie nasenne większości narkotyków polega na porażeniu tworu siatkowatego. Uszkodzenie przedniej części tworu siatkowatego może doprowadzić do stanu osłupienia. Chory bez ruchu będzie przebywał przez wiele godzin. Mimo że nie śpi, brak u niego reakcji na bodźce zewnętrzne.

Układ siatkowaty uchodzi także za ośrodek regulujący poziom stanu czuwania i świadomości. Spadek aktywności tworu siatkowego prowadzi do uczucia senności i zawężenia pola świadomości.

Trzeci ośrodek regulujący sen znajduje się w tzw. węchomózgowiu (rhinen ? cephaloń). Od ośrodka tego zależy głębokość snu oraz przede wszystkim nasycenie świadomości. Są momenty, kiedy czujemy, że nasza psychika funkcjonuje znakomicie. Są chwile, kiedy jesteśmy ospali, senni, trudno nam się na czymś skupić. To właśnie regulują ośrodki snu i czuwania w węchomózgowiu. W tym miejscu należy jednak pamiętać, że sen nie jest zjawiskiem występującym u wszystkich ssaków. Dorosłe krowy i owce w ogóle nie zasypiają. Świnka morska sypia najwyżej 2-3 minuty. U delfinów sen nie trwa dłużej niż 30 sekund. Także oswojony zając nie śpi dłużej niż parę sekund (Bilikiewicz, 1979).

Dość trudno jest ustalić ile snu potrzebuje człowiek. Zależy to od przyzwyczajeń i warunków życia. Zwykle przyjmuje się, że siedem godzin snu to optymalny okres. Badania eksperymentalne wykazały jednak, że pięć godzin snu w zupełności wystarcza. Szczególnie, gdy osoba może na sen w środku dnia przeznaczyć chociażby 15-30 minut. Jak udowodniono, półgodzinny sen we wczesnych godzinach popołudniowych daje więcej organizmowi niż 2-3 godziny snu nocnego. Pamiętajmy też, że śpiąc przeżywamy swoje życie nieświadomie. U tych, którzy mniej śpią, życie trwa niejako dłużej.

Znaczący wpływ na regulację aktywności ma także szyszynka. Wytwarza ona szereg hormonów, m. in. serotoninę (wywołuje sen nocny), noradrenalinę (mediator dezaktywujący pobudzenie na synapsie), melatoninę (decyduje o barwie skóry) przede wszystkim jednak szyszynka jest swoistym biologicznym zegarem ustalającym rytm dobowej aktywności. Jest on regulowany przez dopływ światła dziennego. W jasne, słoneczne i długie dni aktywność aktywizująca szyszynki rośnie. Przeciwnie, w krótkie, pochmurne dni jesienne dominuje uczucie senności determinowane przez szyszynkę.

Są takie choroby, w przebiegu których człowiek traci kontrolę nad tym, czy śpi, czy też czuwa. Jedną z nich jest narkolepsja, czyli spowodowane uszkodzeniem układu siatkowatego nagłe i napadowe zasypianie bez względu na sytuację, w której znajduje się chory. Odczuwa on nagle nieprzepartą senność i nie mając czasu na wygodne ułożenie się do snu, siada lub kładzie się tam, gdzie stoi i po paru sekundach śpi. Jeżeli prowadzi samochód lub idzie po schodach, skutki narkolepsji mogą być tragiczne. Chory budzi się po kilku lub kilkunastu minutach całkowicie wypoczęty. Można go obudzić bezpośrednio po zaśnięciu. Dziennie może mieć nawet dwadzieścia napadów narkolepsji, zwykle jest ich jednak od dwóch do pięciu na dobę.
 

Wielu badaczy zadawało sobie pytanie, gdzie zlokalizowana jest świadomość. Większość autorów zakładało, że w płatach czołowych kory mózgowej. Jednak lezja (usunięcie) części płatów czołowych lub skroniowych kory mózgowej tylko w nieznacznym stopniu zaburza świadomość. Dopiero uszkodzenie większości kory (odkorowanie np. na skutek niedotlenienia) sprowadza człowieka do poziomu rośliny. Dowodzi to raz jeszcze, że mózg pracuje jako całość, a poszczególne swoje funkcje realizuje poprzez własne, współpracujące ze sobą ośrodki.

Płeć mózgu

Wykazano, że mózg mężczyzny i kobiety jest pod wieloma względami bardzo podobny. Niemniej naukowcy badający to zagadnienie na przestrzeni ostatnich 10 udokumentowali dużą liczbę strukturalnych, biochemicznych i czynnościowych różnic między płciami (Cahil 2004).

Przez tysiące lat w czasie, których kształtowały się nasze mózgi, ludzie żyli w stosunkowo małych grupach myśliwych - zbieraczy. W grupach tych zaznaczał się wyraźny podział pracy w zależności od płci. Mężczyźni polowali, bronili grupy przed wrogami, przemieszczali się po dużych obszarach. Kobiety opiekowały się potomstwem, przygotowywały jedzenie, wytwarzały ubrania. Taka specjalizacja mogła doprowadzić do selekcji odmiennych cech u kobiet i mężczyzn. Dla mężczyzn istotna była orientacja w rozległym terenie, poznawanie zwyczajów zwierząt i wrogów, umiejętność walki, celowania oraz przewidywania toru lotu broni, którą się posługiwali. Z kolei kobiety musiały wykonywać precyzyjne ruchy przy czynnościach codziennych, a także dostrzegać niewielkie zmiany (choroby) w wyglądzie i zachowaniu dzieci (Kimura, 1992).

To, jakie role społeczne i związane z nimi czynności pełnią współcześnie przedstawiciele obu płci, nie ma oczywiście znaczenia dla aktualnej budowy mózgu. Zmiany te kształtują się i zachodzą powoli, na przestrzeni wielu pokoleń. Dlatego też analizując różnice w budowie i funkcji mózgu, musimy abstrahować od wymagań, jakie stawia nam współczesne życie z zacierającymi się rolami męskimi i kobiecymi.
 

Z wyjątkiem chromosomów płciowych, mężczyźni i kobiety mają ten sam kod genetyczny. Nie w genetyce należy więc szukać ewentualnych podstaw różnic. Badania eksperymentalne, obserwacja życia codziennego i następstwa uszkodzeń mózgu jednoznacznie wskazują, iż one występują. Przypisywane są często odmiennym doświadczeniom życiowym. Z drugiej jednak strony istnieją dowody na to, że już w czasie życia p...