Mariusz Karwowski
W dniu, w którym jestem umówiony na rozmowę z dr. hab. Marcinem Szwedem, jakość powietrza w Krakowie pozostawia wiele do życzenia. Aplikacja smogowa pokazuje poziom zanieczyszczeń przekraczający 150% normy. Wskaźniki „zaświeciły się” na pomarańczowo. Ciężko się oddycha, dodatkową przeszkodę stanowi maseczka, która w tej sytuacji może mieć jednak zbawienny wpływ. Trudno się dziwić, wszak od wielu lat zimowe miesiące wyznaczają w tym zakresie nowe „standardy”. Tylko w ubiegłym roku odnotowano 49 dni, w których pod Wawelem przekroczone zostało dopuszczalne stężenie pyłu PM10. Oznacza to, że średnio jednego dnia w prawie każdym tygodniu lepiej było nie wychodzić z domu. W przeciwnym razie można narazić się na przewlekłe schorzenia układu oddechowego: astmę, przewlekłą obturacyjną chorobę płuc, niewydolność oddechową czy raka płuc, lub układu sercowo-naczyniowego: zawał, udar mózgu, niewydolność serca… Zagrożeń jest zresztą znacznie więcej. Toksyczne cząsteczki przedostające się z powietrza do organizmu mogą powodować stany zapalne i uszkodzenia we wszystkich niemal tkankach i narządach. A jak wpływają na rozwijający się mózg? Właśnie to od półtora roku sprawdza mój rozmówca, szukając odpowiedzi na pytanie, które konkretnie szlaki nerwowe lub części dziecięcego mózgu są uszkadzane przez zanieczyszczenia powietrza. Do interdyscyplinarnego projektu zaangażował specjalistów z psychologii, neurobiologii, epidemiologii i inżynierii środowiska.
– Brakowało mi dotąd czegoś praktycznego w tym, co robię, bezpośredniego odniesienia do tego, co się dzieje za oknem. Mam poczucie, że w mojej pracy naukowej nadszedł właśnie na to moment – przekonuje dr hab. Marcin Szwed, prof. UJ z Instytutu Psychologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, który w grudniu został laureatem Nagrody Prezesa Rady Ministrów za osiągnięcia w działalności naukowej.
Uhonorowano go za poszerzenie naszej wiedzy o plastyczności ludzkiego mózgu. Jak mówi, ma ona swoje granice, w przeciwnym razie codziennie musielibyśmy uczyć się na nowo tych samych rzeczy. Poznawanie granic niezmiennie go ciekawi. Wraz z zespołem odkrył zaangażowanie kory wzrokowej w rozpoznawanie dotykowe, choć przecież – jak sama nazwa wskazuje – powinna ona zajmować się wzrokiem. Do niedawna wydawało się, że mózg podzielony jest na obszary, które przetwarzają informacje odbierane przez poszczególne zmysły, a połączenia wzrokowe, słuchowe czy dotykowe rozwijają się odrębnie. Na ile ten podział można zmienić i w „szufladkę” dotykową włożyć bodźce wzrokowe? – zastanawiali się uczeni. Postanowili to zbadać na grupie osób widzących, którym dawano do czytania słowa zapisane brajlem. Wbrew pozorom to niełatwa sztuka. Problem stanowi na przykład odczytanie położenia kropek względem siebie – która należy do danej litery?
– Jeśli ktoś rodzi się niewidomym, to od dziecka jego nauka opiera się na przestrzeni wynikającej z dotyku. Ćwiczy innego typu uwagę, która pozwala mu te kropki połączyć. Jest w stanie opanować czytanie nawet do 100 słów na minutę – tłumaczy psycholog z UJ i dodaje dla porównania, że osoby widzące osiągają wyniki o wiele gorsze.
Przekonano się o tym, ucząc grupę 30 ochotników czytać alfabetem Braille’a z zasłoniętymi oczami. Wiadomo było, że osoby niewidome od urodzenia posługują się alfabetem, który powinien być „czytany” w mózgu właśnie za pomocą kory dotykowej. Tymczasem, mimo że informacje dostarczane były przez dotyk, „odczytuje” je kora… wzrokowa. Wszystko dlatego, że na skutek braku podstawowych bodźców dopływających do mózgu zmienia on sposób swojego funkcjonowania. Obszar przetwarzający informacje wzrokowe przeorganizowuje się na dotyk. To jeden z przykładów ogromnej plastyczności naszego mózgu. A co będzie, gdy czytać brajlem będą się uczyć osoby widzące, np. nauczyciele albo mający w rodzinie niewidomych? Czy u nich również zajmie się tym rejon wyspecjalizowany w przetwarzanie symboli graficznych w słowa, czy może zostanie jednak do tego zaangażowana kora dotykowa?
To, co dzieje się w mózgach osób widzących mających kontakt z brajlem, zbadano rezonansem magnetycznym. Przejętą od izraelskich współpracowników metodę w zespole prof. Szweda określono jako „podawanie pizzy”. Uczestniczący w rezonansie otrzymywali, jedna po drugiej, kartki z wydrukowanym brajlem. Na początku badani nic z niego nie rozumieli. Po dziewięciu miesiącach codziennej nauki badanie powtórzono. Kursanci byli w stanie przeczytać w ciągu minuty już nawet 17 słów, lecz znacznie ciekawsza była analiza obrazów MRI. To znakomity sposób obserwowania, jak zmienia się mózg, gdy uczymy się czegoś nowego. Pozwala tworzyć różnego rodzaju obrazy. Mogą być dość dokładne, bliskie rentgenowskim, pokazujące połączenia w mózgu lub jego struktury: gdzie jest grubsza istota szara, gdzie cieńsza, czy to ma coś wspólnego z tym, czego się ktoś nauczył. Albo inne, obrazujące aktywność mózgu, np. podczas czytania brajlem: w którym miejscu jest największa, jak długo trwa.
Podczas tego nietypowego czytania rejonem, który „zaświecił się” na ekranach, czyli był silniej aktywowany, okazała się kora wzrokowa. Została przestrojona na czytanie brajlem dotykowym. Okazało się, że u osób widzących, dorosłych, których kora mózgowa uczy się widzieć przez całe życie i codziennie bombardowana jest obrazami przesyłanymi z oczu, a do tego bardzo zmotywowanych, za czytanie brajlem też odpowiedzialna jest kora wzrokowa. Naukowcy z UJ wykluczyli możliwość, by był to efekt jedynie wyobraźni wzrokowej.
– Oni przestrajają swoją korę wzrokową do tego, żeby czytać brajlem, czytać palcami, dotykiem. Uzyskaliśmy tym samym dowód, że poszczególne obszary mózgu zmieniają swoje funkcje, dostosowując je do nowych ról – wyjaśnia Szwed, ale przestrzega, by nie łączyć tego z synestezją.
To równie fascynujący temat, lecz z naukowego punktu widzenia podobieństwo między nimi ogranicza się jedynie do badania dodatkowych nieoczywistych połączeń między rejonami mózgu zajmującymi się poszczególnymi zmysłami. Synestezja występuje wówczas, gdy stymulowanie jednego zmysłu przywołuje innego rodzaju doznania, np. przestrzeń kojarzy się z dźwiękiem albo litery z kolorami. Przy czym nie da się tego wyuczyć, jest to uwarunkowane genetycznie, wrodzone, nie podlega naszej woli. W przypadku osób niewidomych lub uczących się czegoś skomplikowanego, np. brajla czy gry na pianinie, siatka połączeń między zmysłami pod wpływem świadomego wysiłku przebudowuje się, a mózg tworzy nowe konfiguracje, adaptując się tym samym do zmienionych okoliczności. Podobne zjawisko obserwuje się u tracących wzrok, np. na skutek uszkodzeń powypadkowych.
– W badaniach mózgu często otrzymujemy wyniki z kategorii „na dwoje babka wróżyła”. Tymczasem w tym przypadku postawiliśmy dużą stawkę w ruletce i opłaciło się. Dostaliśmy twarde potwierdzenie, że nawet bez utraty wzroku można przestawić korę wzrokową na dotyk. Przy czym zadanie danego obszaru pozostaje niezmienne – opisuje dr hab. Marcin Szwed.
Na pytanie, czy mechanizm ten działa też w drugą stronę – czy ten konkretny obszar w mózgu może powrócić do swoich funkcji po odzyskaniu wzroku? – słyszę w odpowiedzi, że nie jest to już takie oczywiste. Mój rozmówca przywołuje przypadek kobiety, której po ciężkiej katarakcie udało się wprawdzie przywrócić wzrok, ale widziała jedynie kolorowe plamy, nie była w stanie rozpoznać przedmiotów, ocenić odległości, czuła się głęboko zagubiona. Takim osobom wsparcie mogą dać specjalne systemy edukacyjne, które wykorzystują wiedzę o połączeniach w mózgu. Nie wystarczy bowiem sam hardware, czyli wbudowanie sztucznej siatkówki komuś, kto ma problem z nerwem wzrokowym.
– Równie istotne jest to, jak połączyć te nowe informacje docierające do oka, jak odtworzyć w mózgu cały system ich przetwarzania. Tu właśnie przychodzi z pomocą wiedza o naturalnej plastyczności mózgu, którą w naszym zespole staramy się pogłębiać.
Mimo że jesteśmy wzrokowcami – kora wzrokowa zajmuje około jednej piątej mózgu – i tego zmysłu dotyczy większość badań, to wiadomo, że plastyczność nie ogranicza się tylko do niego. W Krakowie udowodnili, że również u głuchych dochodzi do kompensacji deficytowego zmysłu. Ta sama część kory mózgowej, która u słyszących odpowiada za rytm, u głuchych przełącza się na… wzrok. Dlatego potrafią widzieć rytm np. w pulsujących światłach. Inaczej jest za to ze smakiem czy węchem, dla których – jak pokazały choćby koronawirusowe objawy – brakuje „zamienników”. To z kolei dowód na to, że plastyczność mózgu ma swoje granice.
– Od zawsze interesowało mnie pytanie: dlaczego mózg rozwija się właśnie w taki, a nie inny sposób, jakie siły to kształtują i na ile można to zmienić. Wydaje mi się, że wiemy o tym skomplikowanym narządzie coraz więcej, a że poznawanie go odbywa się poprzez podważanie dotychczasowych teorii, to tylko dodaje pikanterii uprawianiu nauki – wyznaje krakowski neuronaukowiec.
Kolejną cegiełką w tej konstrukcji będzie projekt NeuroSmog, który pozwoli określić związek między zanieczyszczeniem powietrza a rozwojem mózgu. Naukowcy chcą się dowiedzieć, czy na występowanie problemów z koncentracją, impulsywnością i nadpobudliwością, a w skrajnych przypadkach zespołem nadpobudliwości psychoruchowej (ADHD), wpływa smog, dieta, genetyka czy wychowanie w określonym środowisku rodzinnym. Pod koniec ubiegłego roku zaczęły się badania 800 dzieci w wieku szkolnym. Zakończenie projektu finansowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej planowane jest za trzy lata.
