Апарат за мислење: Од неврон до мозок

Во овој текст би сакал подробно да се запознаеме со еден друг, поинаков „космос“, којшто впрочем сите ние го носиме на нашите рамена. Повеќето луѓе што лично ме познаваат, знаат дека до пред неколку години покрај музиката бев опседнат со уште една друга прекрасна дисциплина—астрономијата. Некаде околу 2015 година, од Јапонија се врати младиот македонски научник, Атанас Кирјаковски, кој исто така е родум од Тетово. Оттогаш па наваму, започнавме со дружење кое резултираше со искра љубопитност во една сосема нова област како невронауката и психологијата. Атанас успеваше на интересен и разбирлив начин да опишува феномени од наведените дисциплини и некако успешно да ги поврзе со музиката, што за мене преставуваше откровение. Во нашите разговори се начнаја теми кои фрлија светло врз еден куп (за мене) неразјаснети феномени од аспект на биологијата и музиката. Ако навистина сакав да научам малку повеќе за механизмите преку кои чувствуваме и уживаме додека слушаме музика, најпрвин морав да ги повторам основните биолошки концепти. Па така, дел од она што го научив го пренесувам тука на мојот блог.

Бидејќи мозокот е неверојатно замрсена и комплицирана биолошка структура, за негово разбирање ќе отпочнеме со најмалиот елемент што го чини апаратот за мислење. Невронот (слика 1) е елементарна единица од структурата на мозокот и нервниот систем. Без невроните не би можеле да ја перцепираме реалноста, ниту пак свесно да реагираме на неа. Впрочем како и секој друг виш организам. Целта на невронот е да пренесува информации до други нервни клетки, мускули или жлезди. Секој неврон може непречено да комуницира со дури 10-15 илјади други неврони преку т.н. аксони и дендрити чии допирни точки се нарекуваат синапси, со што се формира една сложена мрежа на невронска популација. Вкупниот исход на синаптичките врзувања во мозокот кај нормалната возрасна личност се сведува на неверојатни 150 билиони синаптички врски (само за илустрација, нумерички тоа изгледа вака: 150 000 000 000 000), иако, бројот може драматично да варира од староста, како и од индивидуа до индивидуа (Drachman, 2005).

Слика 1. Илустрација на неврон и неговите компоненти. Дендритите претставуваат гранки од каде што се примаат нервни импулси кои понатаму минуваат низ телото на клетката и аксонот до аксонските терминали. Оттаму, сигналот се пренесува на други дендрити или делови од телото на друга клетка. Постапката се повторува многукратно. Миелинската обвивка има улога на изолатор и е есенцијална за брзо спроведување на нервните импулси. Швановата клетка е застапена во периферниот нервен систем и, слично како миелинската обвивка, претставува поддршка за брз спровод на акцискиот потенцијал.

Невронската комуникација се основа преку два клучни процеса: акциски потенцијал и потенцијал на мирување, нешто што потсетува на бинарниот броен систем со користење на двете цифри: „0“ и „1“. При мирување, внатрешноста на невронот има стабилен поларитет и електронегативна средина, приближно -70 mV. За да се случи акцискиот потенцијал потребно е да настане деполаризација на невронот со приливот на јони на натриум (Na+), хлорид (Cl+), калциум (Ca2+), од надворешната електропозитивна средина во внатрешноста на клетката, како и помал одлив на калиум (K+) кон надворешноста на клетката, со тоа менувајќи ја нејзината внатрешна состојба и поларитет. Нужно е неколкукратно повторување на овој процес за да може да се акумулира доволно енергија и да се предизвика акциски потенцијал, чиј праг обично се наоѓа на приближно -55 mV. Штом ќе се достигне прагот, започнува акцискиот потенцијал кој понатаму рапидно достигнува највисока точка на ексцитација од приближно +35 mV и нагло опаѓа во состојба на мирување преку процесот на реполаризација (слика 2).

Слика 2. Дијаграм на акциски потенцијал.

Невроните поседуваат многу различни видови на јонски канали на нивните мембрани—вид на пумпи кои овозможуваат размена на материи и генерирање шеми на акциони потенцијали. Акционите потенцијали обично се иницираат во почетниот сегмент на аксонот, во т.н. аксонско тумбиче – на преминот помеѓу клеточното тело и аксонот. Потоа сигналот се испраќа низ аксонот до аксонските терминали, а оттаму во другите неврони и постапката се повторува повеќекратно. 

Познато е дека невроните функционираат по принципот на сè или ништо, односно или се активираат, или мируваат, но никогаш не се делумно активни. Ваквата констатација начнала уште едно прашање поврзано со интензитетот на дразбата: на кој начин се кодира посилната, а на кој начин послабата дразба? Одговорот е во зачестеноста. Со зголемување на интензитетот на дразбата, паралелно се зголемува фреквенцијата на испалени акциски потенцијали (Nichols, Martin, Wallace, & Fuchs, 2001).

Друга работа е што невронот не може тукутака слободно да ги пренесува електрохемиските сигнали. За да се пренесе информацијата од еден неврон на друг, потребно е интегрирање и организирање на електрохемиските материи во вид на медијатори познати како невротрансмитери. Метафорички кажано, невронската клетка прави соодветен „превод“ на информацијата пред да ја испрати кон друга клетка. Ваквите невротрансмитери обично се спакувани во мали телца (40 – 50 нанометри во дијаметар) наречени синаптички везикули (Lodish, et al., 2000). При активирањето на акцискиот потенцијал, овие телца се отпакуваат и ги ослободуваат невротрансмитерите од пресинаптичката мембрана, низ синаптичката пукнатина, до постсинаптичката мембрана. 

Слика 3. Во аксонскиот терминал надоаѓаат голем број на зрнести телца исполнети со соодветни хемиски соединенија (трансмитери), коишто во пресинаптичката мембрана се испуштаат во синаптичката пукнатина и патуваат до рецепторите во постсинаптичката мембрана (која во нашиов случај може да претставува дендрит).

Ослободените невротрансмитери се врзуваат со соодветни рецептори изградени од специјални протеини кои се распоредени во постсинаптичката мембрана. Оние невротрансмитери кои не успеале да остварат врска со рецепторите можат повторно да се повлечат назад преку авторецептори поставени на пресинаптичката мембрана и оттаму да се реорганизираат. Формата на невротрансмитерите и нивните рецептори мора да биде комплементарна, како што обично се наведува примерот на комплементарност помеѓу клучот и бравата. Во случајот со невротрансмитерите и рецепторите, се случува еден тип на невротрансмитери да активираат/отклучуваат различни типови на рецептори. Постои ограничен број на невротрансмитери, од коишто ќе наброиме само неколку позначајни:

• допамин – невротрансмитер кој се поврзува со повеќе хедонистички процеси на човековата психа и однесување, меѓу кои: допаѓање, посакување и учење (Berridge, Robinson, & Aldridge, 2009). Оваа хемиска супстанца е основа за функционирање на системот за награда и воедно основа за свесното чувство на задоволство. Постои во повеќе варијанти: D1, D2, D3 итн. Понови студии покажале дека предвидувањето на можна награда го зголемува нивото на допамин во мозокот значително повеќе отколку кога наградата е добиена. Поради ваквото својство, во посовремените дефиниции се наведува дека допаминот повеќе има мотивациона вредност отколку хедонистичка (Salamone & Correa, 2012).

• серотонин – невротрансмитер кој се поврзува со расположенијата, сонот и анксиозноста кај покомплексните форми на живот (Ramakrishna, Giridhar, & Ravishankar, 2011). Друг важен аспект кој се поврзува со серотонинот е социјалната доминација (Kravitz, 1988). Серотонинот има несомнено голема улога во регулацијата на расположенијата како и положбата на единката во социјалната хиерархија,

• окситоцин – хормон кој делува како невротрансмитер во ЦНС. Се поврзува со социјалната интеракција и сексуалната репродукција, како и со довербата, емпатијата, љубовните и романтични врски, па, токму поради ваквите својства е познат како „хормон на љубовта“ (Oxytocin, n.d.). Друг аспект кој се поврзува со овој хормон/невротрансмитер е дека тој учествува во регулирањето на внатрешните врски во рамките на групата на која човекот припаѓа, чувството на емпатија за останатите членови на групата, а за сметка на тоа се зголемуваат предрасудите кон членовите од другите групи (Sheng, Liu, Zhou, Zhou, & Han, 2013).

• ацетилхолин – невротрансмитер кој се поврзува со повеќе процеси во ЦНС и ПНС. Има подржувачка улога на когнитивните функции во ЦНС, особено невропластичноста и процесите на внимание, учење и меморирање, а во ПНС има активирачка улога на мускулите (Himmelheber, Sarter, & Bruno, 2000) (Ridley, Bowes, Baker, & Crow, 1984).

• глутамат – аминокиселина која воедно функционира и како невротрансмитер. Особено е важен во процесите на активација на нервните клетки и синаптичката пластичност којашто активно учествува во процесите на учење и помнење (Meldrum, 2000) (McEntee & Crook, 1993).

• гама-аминобутерна киселина (GABA) – аминокиселина слична на глутаматот која, исто така, има улога на невротрансмитер. Има инхибиторна функција во ЦНС. Се одразува преку инхибиторни синапси кои за цел имаат да спречат активност на други неврони. Со врзувањето на инхибиторните синапси за телото на клетката се овозможува влез на негативно наелектризирани хемиски материи или излез на позитивно наелектризирани материи, со што се предизвикува хиперполаризација. Игра особена улога во формацијата на синапсите и активноста на невронските мрежи (Ben-Ari, Gaiarsa, Tyzio, & Khazipov, 2007).

Бројот на неврони се смета за клучен фактор во појавата на свеста и интелигенцијата. Еден неврон, сам по себе е незначаен. Но, доколку поврземе неколку стотици во една покомплексна мрежа, добиваме фасцинантни резултати. На пример, цевчестиот црв, Caenorhabditis Elegans, со своите скромни 302 неврона, како и секое друго животно, се храни, движи и реагира на околината, иако, малку веројатно е дека ќе поседува капацитети и способност да реагира на сложени дразби. Од друга страна, пак, човековиот мозок поседува ~86 милијарди неврони коишто на специфичен и неверојатно сложен начин сочинуваат групи и подгрупи, секоја со посебни функциски ролји (Azevedo, et al., 2009). Овие региони се, исто така, меѓусебно поврзани и заедно сочинуваат единствен систем на однесувања како што се: контрола на движењата, перцепцијата, меморијата, говорот, вниманието итн. На пример, примарниот аудитивен кортекс лоциран во темпоралниот лоб, поседува определена група на нервни клетки кои се активираат (најмногу) во моментот кога слушаме звук со фреквенција од 1000 Hz, друга група на 2000 Hz итн., процеси кои во нашата свест се репрезентирани со сензација на звук (Gazzaniga, Ivry, & Mangun, 2002). Регионите што го опкружуваат примарниот аудитивен кортекс, познати и како асоцијативни аудитивни зони, се од суштинско значење за перцептивните активности, препознавањето на специфични звуци, како и за откривање на основните димензии на сензорната дразба. Од кусата анализа, полека станува јасно како механизмите на перцепција се појавуваат во нашата свест.

Невроните доаѓаат во повеќе варијанти: униполарни, биполарни, мултиполарни и сл. Исто така, нервниот систем не е биолошка структура сочинета исклучиво од нервни клетки. Во неговата содржина и функција се вклучени и глијалните клетки кои обезбедуваат поддршка во изолацијата и спроведувањето на акцискиот потенцијал. Постојат неколку типови на глијални клетки: (1) астроцити – ѕвездолики клетки коишто имаат хомеостазиска улога, го регулираат транспортот на материи (на пример, го отстрануваат вишокот на јони) и го одредуваат правецот на движење кај невроните; (2) олигодендроцити – се наоѓаат во ЦНС и ги обвиткуваат аксоните; (3) швановите клетки кои се наоѓаат во ПНС и имаат слична улога; (4) микроглија – тип на глијални клетки способни да вршат фагоцитоза, односно неутрализирање на несакани материи, вируси, бактерии и сл. Секако, постојат дополнителни типови на глијални клетки кои ќе ги изоставиме за во некоја друга прилика. Инаку, аксоните без миелин (немиелинизирачки аксони) ја транспортираат информација значително побавно, додека, пак, кај миелизираните аксони сигналот се пренесува значително побрзо поради скоковитото својство, т.е. се врши скоковит пренос на акционите потенцијали долж миелинизираните аксони од еден јазол до следниот, со што се зголемува брзината на спроведувањето на акционите потенцијали. Овие јазли се познати и како Ренвиерови стеснувања.

Черепниот мозок е дел од централниот нервен систем (ЦНС) којшто вообичаено се дели на две главни компоненти: вегетативен и соматски систем. Вегетативниот (автономен) нервен систем генерално е задолжен за операциите во организмот коишто не подлежат на нашата волја, како што се срцебиењето, респирацијата, дигестијата и поголем дел од внатрешните физиолошки процеси во организмот. Соматскиот систем ги координира акциите во корелација со надворешната средина преку примените дразби и нашиот одговор на тие дразби, со што би се обезбедило понатамошен опстанок. 

Кај човекот, најсложен дел од ЦНС е мозочната кора чија функција е спроведување на горенаведените процеси коишто се дел од комплексното мислење. Други, исто така, важни мозочни делови се: мозочно стебло—еволуциски најстарата структура која започнува веднаш по навлегувањето на ‘рбетниот мозок во черепот и завршува со зачетокот на лимбичниот систем, блиску до средиштето на черепот; лимбичен систем—структура која го обвива мозочното стебло. Во мозочното стебло се лоцирани мозочни региони кои учествуваат во основните анимални процеси на срцебиење, дишење, крвен притисок, сон и стереотипични однесувања како што се борбите, ловењето, парењето и сл. Лимбичниот систем, пак, е составен од повеќе компоненти (амигдала, таламус, хипоталамус, хипокампус) и е својствен за животните кои живеат во социјални групи изградени по принципот на хиерархиска доминација (алфа, бета, потчинети и сл.). Во ваквото динамичко опкружување, лимбичниот систем е вклучен во неколку супстанцијални процеси: помнење, препознавање на непријатели, ривалства, агресија, страв, како и аспектите на задоволството, наградата и други слични емоционални механизми.

Набљудувајќи ги сите составни делови од еден поширок агол, може да заклучиме дека според еволутивната логика, целокупната структурата на мозокот е грубо поделена на три главни слоеви, од најстари до најнови, почнувајќи од средината кон крајните рабови (Reiner, 1990). До ваквата идеја прв дошол Пол Меклин, кој го развил моделот на трослоен мозок којшто ги вклучува следниве компоненти: (1) рептилски мозок – систем на мозочни делови како мозочното стебло и малиот мозок; (2) палеомамалијски комплекс – кој ги вклучува основните составни делови на лимбичниот систем; (3) неомамалијски комплекс – односно, церебралниот комплекс кој всушност е најновиот продукт на природната селекција. Ваквиот начин на согледување на структурата на мозокот наишол на голема поддршка меѓу многуте научници, а меѓу нив и Карл Саган. Сепак, во 21-век, најголем дел од академските расправи овој модел го карактеризираат како несоодветен, иако, може да се каже дека до одреден степен држи вода.

Слика 4. Преглед на основните мозочни региони.

Додека кај нервниот систем електрохемиската реакција се пренесува речиси инстантно, во нашиот организам постои уште еден секундарен комуникациски систем наречен ендокрин систем. За разлика од нервниот, ендокриниот систем одржува релативно побавна хемиска комуникација во телото со помош на хормоните коишто преку крвотокот влијаат на повеќе ткива меѓу кои и мозокот (Myers, 2010). Хормоните се одговорни за повеќе телесни процеси како: раст, репродукција, метаболизам, расположенија и други бројни процеси координирани од жлездите и мозокот.

Меѓу луѓето, барем од мое искуство, преовладува мислењето дека нашиот вид е посебен поради капацитетите за силни емоционални доживувања. Но најголемиот дел од вишите животни форми ја имаат ваквата способност: мачките, кучињата, добитокот, волците, приматите, па дури и жабите. Она што нас не карактеризира како луѓе и она што не прави поинакви од останатите групи на животни е можноста за апстрахирање, односно, способноста за пронаоѓање на модели, шеми и шаблони во природата. Потоа, процесите на учење, сметање, планирање и една од најинтересните суштински црти—да предвидуваме.

Па така, пред илјадници години, од релативно безначајни суштества, луѓето постепено се трансформирале во доминантна и високо интелигентна форма на живот на планетата Земја. Културата со време станувала сѐ посложена и зазела силен замав којшто не само што довел до нови форми на интелектуално изразување како уметноста, туку веројатно ја поттикнал современата наука со чија помош ги реализираме фактичките случувања во природата и општеството. Науката секогаш ќе биде круна на сите човекови достигнувања.