Creierul: Cum funcţionează?

„Creierul este partea din corp care se studiază cel mai greu“, remarcă Fuller Torrey, psihiatru la Institutul American de Sănătate Mintală. „Faptul că îl purtăm de colo colo pe umeri, în această cutie, ne creează mari greutăţi în cercetare.“

CU TOATE acestea, oamenii de ştiinţă afirmă că au aflat deja multe lucruri în legătură cu modul în care creierul prelucrează informaţiile pe care i le furnizează cele cinci simţuri. Să analizăm, de exemplu, cum lucrează el când este vorba de stimuli vizuali.

Ochii minţii

O rază luminoasă ajunge la ochi şi atinge retina, care este formată din trei straturi de celule, aflate în partea din spate a globului ocular. Raza pătrunde până la cel de-al treilea strat. Acest strat conţine două tipuri de celule, numite bastonaşe (celule sensibile la luminozitate) şi conuri (celule care percep lumina de diferite lungimi de undă corespunzătoare culorilor roşu, verde şi albastru). Lumina decolorează pigmentul din aceste celule. Celula depigmentată transmite un semnal celulelor din cel de-al doilea strat, iar de aici semnalul este transmis celorlalte celule din primul strat. Axonii acestor celule se adună formând nervul optic.

Milioanele de neuroni care formează nervul optic ajung în creier la o încrucişare cunoscută sub numele de chiasma optică. Aici neuronii care transmit semnalele de pe partea stângă a retinei fiecărui ochi se întâlnesc şi urmează traiecte paralele spre partea stângă a creierului. În mod asemănător, semnalele care vin de pe partea dreaptă a retinei fiecărui ochi se întâlnesc şi se îndreaptă spre partea dreaptă a creierului. Impulsurile nervoase sosesc apoi la o „staţie-releu“ aflată în talamus, iar de aici următorii neuroni transmit semnalele spre zona din partea posterioară a creierului, numită cortex vizual.

Diversele elemente ale informaţiilor vizuale urmează căi paralele. În prezent, cercetătorii ştiu că cortexul vizual, care are un rol important, împreună cu o regiune din apropiere funcţionează ca un oficiu poştal, adică sortează, dirijează şi integrează diferitele informaţii pe care le aduc neuronii. O a treia regiune detectează forma, de exemplu, conturul unui obiect, şi mişcarea. O a patra zonă recunoaşte şi forma, şi culoarea, în timp ce o a cincea zonă actualizează în permanenţă hărţile realizate cu ajutorul informaţiilor vizuale pentru a urmări mişcarea. Cercetările actuale indică faptul că nu mai puţin de 30 de zone din creier prelucrează informaţiile vizuale pe care le adună ochii! Dar cum conlucrează acestea pentru a ne prezenta o imagine? De fapt, cum „vede“ mintea noastră?

Cum „vedem“ cu creierul

Ochii adună informaţii pentru creier, însă se ştie că cel care prelucrează informaţiile pe care le primeşte creierul este cortexul. Dacă facem o fotografie cu un aparat de fotografiat, aceasta va înfăţişa detaliile întregului cadru. Dar dacă privim acelaşi cadru, vom observa în mod conştient numai acea parte asupra căreia ne concentrăm atenţia. Modul în care creierul realizează acest lucru continuă să fie un mister. Unii cred că este vorba de o integrare pas cu pas a informaţiilor vizuale în aşa-numitele zone de convergenţă, care ne ajută să comparăm ceea ce vedem cu ceea ce ştim dinainte. Alţii cred că atunci când nu vedem un anumit obiect aflat în câmpul nostru vizual înseamnă că efectiv neuronii care controlează vederea concentrată nu sunt stimulaţi.

Indiferent de situaţie, problemele pe care le întâmpină oamenii de ştiinţă când încearcă să explice cum vedem sunt mici în comparaţie cu problemele cu care se confruntă când vor să stabilească ce înseamnă în realitate „conştiinţă“ şi „minte“. Tehnicile de scanare, cum ar fi imagistica prin rezonanţă magnetică şi tomografia cu emisie de pozitroni (PET), le-au deschis cercetătorilor o nouă cale de acces în creierul uman. În plus, observând fluxul sanguin spre anumite zone din creier în timpul proceselor de gândire, aceştia au ajuns, cu o oarecare siguranţă, la concluzia că anumite regiuni ale cortexului ne ajută să auzim cuvinte, să vedem cuvinte şi să rostim cuvinte. Cu toate acestea, „fenomenul minţii şi al conştiinţei este mult mai complex . . . decât s-a bănuit“, este concluzia unui scriitor. Într-adevăr, o mare parte din misterul care învăluie creierul rămâne nedezvăluit.

Creierul: Doar un calculator extraordinar?

Ca să înţelegem cât de complex este creierul, ar putea fi util să facem unele comparaţii. Pe la mijlocul secolului al XVIII-lea, odată cu primii paşi ai revoluţiei industriale, a început să fie la modă comparaţia dintre creier şi o maşină. Mai târziu, când centrala telefonică a ajuns să fie simbolul progresului, oamenii au început să compare creierul cu o centrală aglomerată, care are un operator ce ia decizii. Acum, când calculatoarele îndeplinesc sarcini complicate, unii compară creierul cu un calculator. Ne ajută oare această comparaţie să explicăm pe deplin cum funcţionează creierul?

Există diferenţe mari, fundamentale, între creier şi un calculator. Creierul este, în esenţă, un sistem chimic, nu unul electric. În interiorul fiecărei celule au loc numeroase reacţii chimice, iar acest lucru este complet diferit de modul în care funcţionează un calculator. În plus, „nimeni nu trebuie să programeze creierul: el este un organ care acţionează anticipat, operând în mod spontan“, după cum remarcă dr. Susan Greenfield. Lucrurile nu stau aşa în cazul unui calculator, care trebuie programat.

Modul în care neuronii comunică unul cu altul este foarte complicat. Mulţi neuroni reacţionează la 1 000 sau la mai multe semnale sinaptice de intrare. Pentru a putea înţelege ce înseamnă acest lucru, să vedem care au fost rezultatele cercetărilor unui neurobiolog. El a studiat o zonă aflată pe partea inferioară a creierului, chiar în spatele nasului, puţin mai sus, în încercarea de a descoperi cum recunoaştem mirosurile. Iată ce spune el: „Chiar şi pentru această funcţie aparent simplă — care pare o nimica toată în comparaţie cu demonstrarea unei teoreme din geometrie sau cu înţelegerea unui cvartet de Beethoven — sunt necesari aproximativ 6 milioane de neuroni, fiecare dintre aceştia primind, probabil, 10 000 de semnale de intrare de la ceilalţi neuroni“.

Însă creierul nu este numai o acumulare de neuroni. Pentru fiecare neuron există mai multe celule gliale. În afară de faptul că ţin creierul compact, aceste celule izolează electric neuronii, luptă împotriva infecţiilor, iar toate împreună formează o barieră de protecţie (bariera hemoencefalică). Cercetătorii cred că celulele gliale ar putea avea şi alte funcţii, care nu au fost încă descoperite. „Analogia clară făcută cu calculatoarele realizate de om, calculatoare care prelucrează informaţiile electronice sub formă digitală, are atât de multe lipsuri, încât ne poate induce în eroare“, concluzionează revista Economist.

Mai rămâne totuşi un mister care trebuie discutat.

Din ce sunt alcătuite amintirile?

Memoria — „probabil fenomenul cel mai uimitor din lumea naturală“, după cum declară profesorul Richard Thompson — necesită folosirea mai multor funcţii diferite ale creierului. Majoritatea celor care studiază creierul împart memoria în două tipuri: memorie declarativă şi memorie procedurală. Memoria procedurală este legată de deprinderi şi obiceiuri. În schimb, cea declarativă are în vedere fapte. Cartea The Brain — A Neuroscience Primer prezintă o clasificare a proceselor de memorie în funcţie de durată: memorie pe termen foarte scurt, care durează aproximativ 100 de milisecunde; memorie pe termen scurt, care durează câteva secunde; memorie de lucru (activă), care reţine întâmplări recente; şi memorie pe termen lung, care reţine materialul verbal ce a fost repetat şi capacităţile motoare ce au fost exersate.

O explicaţie pentru memoria pe termen lung ar putea fi aceea că ea începe cu activitatea din partea frontală a creierului. Informaţiile alese pentru memoria pe termen lung trec sub formă de impulsuri electrice spre o parte a creierului cunoscută sub numele de hipocamp. Aici are loc un proces numit potenţare pe termen lung, proces care măreşte capacitatea neuronilor de a transmite mesaje. — Vezi chenarul „O punte peste fantă“.

O altă teorie legată de memorie are la bază ideea că ritmurile electrice cerebrale joacă un rol important. Cei care susţin acest lucru cred că oscilaţiile repetate (întrucâtva asemănătoare bătăilor unei tobe) din cadrul activităţii electrice a creierului contribuie la asocierea amintirilor şi la controlarea momentului în care sunt activate diverse celule din creier.

Cercetătorii sunt de părere că creierul reţine diversele aspecte ale amintirilor în locuri diferite, fiecare concept fiind asociat acelei zone din creier care este specializată în perceperea lui. Unele părţi ale creierului au cu siguranţă un rol important în memorie. Corpul amigdaloid, un mic grup de celule nervoase de mărimea unei migdale, aflat în apropiere de trunchiul cerebral, prelucrează amintirile legate de teamă. Ganglionii bazali se concentrează asupra obiceiurilor şi a capacităţilor fizice, iar cerebelul, aflat la baza creierului, se ocupă îndeosebi de învăţarea condiţionată şi de reflexe. Se crede că în cerebel se reţin capacităţile legate de echilibru — de exemplu, cele de care avem nevoie ca să mergem pe bicicletă.

În scurta noastră analiză a modului în care funcţionează creierul a trebuit să omitem detalii referitoare la alte funcţii remarcabile, cum ar fi măsurarea timpului, înclinaţia de a învăţa o limbă, capacităţile motoare complicate şi modul în care creierul controlează sistemul nervos şi organele vitale, precum şi modul în care face faţă durerii. Apoi, se cercetează pentru a se descoperi mesagerii chimici care fac legătura cu sistemul imunitar. „[Creierul] este atât de complex — incredibil de complex —, încât te întrebi dacă mai e vreo speranţă să afli cum funcţionează“, remarcă neurologul David Felten.

Deşi multe dintre misterele care învăluie creierul rămân nedezlegate, acest organ uimitor ne asigură capacitatea de a gândi, de a medita şi de a ne aminti ceea ce am învăţat înainte. Dar cum putem să folosim creierul cel mai bine? Articolul care încheie această serie ne oferă un răspuns.

[Chenarul/Fotografiile de la pagina 8]

O PUNTE PESTE FANTĂ

Când un neuron este stimulat, prin axonul neuronului respectiv trece un impuls nervos. Ajungând la butonul sinaptic, acesta produce mici globule (vezicule sinaptice), fiecare conţinând mii de molecule neurotransmiţătoare, care se află în acest buton. Veziculele fuzionează cu suprafaţa butonului şi eliberează încărcătura care traversează sinapsa.

Cu ajutorul unui complicat sistem de chei şi încuietori, neurotransmiţătorul deschide şi închide canalele de intrare în următorul neuron. Ca urmare, particulele încărcate electric ajung în neuronul ţintă şi produc schimbări chimice suplimentare care fie declanşează un impuls electric, fie inhibă activitatea electrică.

Când neuronii sunt stimulaţi cu regularitate şi eliberează neurotransmiţători care traversează sinapsa are loc un fenomen numit potenţare pe termen lung. Unii cercetători cred că acesta trage neuronii mai aproape unii de alţii. Alţi cercetători susţin că există dovezi conform cărora neuronul receptor transmite înapoi un mesaj la neuronul transmiţător. Acesta, la rândul lui, generează schimbări chimice care produc şi mai multe proteine cu rol de neurotransmiţători. Acestea întăresc apoi legătura dintre cei doi neuroni.

Legăturile schimbătoare din creier, adaptabilitatea lui, au dat naştere la următorul moto: „Foloseşte-l, altfel îl pierzi“. Prin urmare, ca să reţinem un lucru este bine să ni-l amintim de multe ori.

Axon

Fibră purtătoare de semnal care face legătura dintre neuroni

Dendrite

Prelungiri scurte, ramificate, care fac legătura dintre neuroni

Neuriţi

Prelungiri ale neuronului, asemănătoare unor tentacule. Există două tipuri principale: axoni şi dendrite

Neuroni

Celule nervoase. Creierul are aproximativ între 10 miliarde şi 100 de miliarde de neuroni, „fiecare [neuron] fiind în legătură cu sute, uneori mii, de alte celule [nervoase]“

Neurotransmiţători

Substanţe chimice care poartă un semnal nervos dincolo de aşa-numita fantă sinaptică dintre o celulă nervoasă transmiţătoare, adică un neuron, şi una receptoare

Sinapsă

Spaţiul (fantă) dintre un neuron transmiţător şi unul receptor sau un nerv

[Provenienţa unei fotografii]

Realizat pe baza cărţii The Human Mind Explained, de prof. dr. Susan Greenfield, 1996.

CNRI/Science Photo Library/PR

[Chenarul/Fotografiile de la pagina 9]

CAPACITĂŢI CARE ÎL FAC PE OM UNIC

Zonele specializate ale creierului cunoscute ca centri ai vorbirii fac ca omul să aibă remarcabila capacitate de a comunica. Ceea ce vrem să spunem pare să fie produs de regiunea aflată în emisfera stângă a creierului, cunoscută ca zona lui Wernicke (1). Aceasta comunică cu zona lui Broca (2), zonă care se ocupă cu regulile gramaticale. Impulsurile nervoase ajung apoi la zonele motoare aflate în apropiere, care controlează muşchii faciali şi ne ajută să formăm cuvintele corespunzătoare. În plus, aceste zone fac legătura cu sistemul vizual al creierului ca să putem citi, cu sistemul auditiv ca să putem auzi, înţelege şi răspunde la ceea ce ne spun alţii şi, nu în ultimul rând, cu banca de memorie unde putem reţine gândurile valoroase. „Ceea ce îl diferenţiază pe om de animal este capacitatea sa de a învăţa o diversitate uimitoare de deprinderi, fapte şi reguli, nu doar în legătură cu lucrurile fizice din lumea înconjurătoare, ci mai ales în legătură cu alţi oameni, precum şi ceea ce îl determină să se comporte aşa cum o face“, se spune în ghidul intitulat Journey to the Centres of the Brain (O călătorie în centrii creierului).

[Legenda fotografiilor de la pagina 7]

Diferite zone ale creierului analizează culoarea, forma, marginea şi conturul şi urmăresc mişcarea

[Provenienţa fotografiilor]

Parks Canada/ J. N. Flynn