Dane oryginału:

50 Human Brain Ideas You Really Need to Know

Copyright © 2013 Moheb Costandi

First published in the UK by Quercus Editions Ltd

Wydanie polskie:

Przekład Małgorzata Guzowska

Konsultacja naukowa Marek Binder

Projekt okładki i stron tytułowych Lidia Michalak-Mirońska

Ilustracja na okładce XStudio3D/iStock

Wydawca Aleksandra Małek

Redaktor prowadzący Agata Kołacz

Redaktor Arkadiusz Gudowski

Produkcja Mariola Iwona Keppel

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2022r. (Wydanie I)

Warszawa 2022

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w Internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.
Więcej na www.legalnakultura.pl
Polska Izba Książki

Copyright © for the Polish edition by

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2022

ISBN 978-83-01-22778-4

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2022r. (Wydanie I)

Warszawa 2022

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288;

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Fragment

Wstęp

Struktura i funkcja układu nerwowego

1. Układ nerwowy

2. Doktryna neuronowa

3. Komórki glejowe

4. Impuls nerwowy

5. Przekaźnictwo synaptyczne

6. Percepcja zmysłowa

7. Ruch

8. Mapowanie topograficzne

9. Wyspecjalizowane obszary mózgu

10. Asymetria mózgu

Twój mózg, twoje Ja

11. Neurony lustrzane

12. Konektom

13. Ucieleśnione poznanie

14. Świadomość ciała

15. Wolna wola

16. Różnice płciowe

17. Osobowość

18. Pacjenci z uszkodzeniem mózgu

19. Teatr świadomości

20. Zaburzenia świadomości

Procesy myślowe

21. Uwaga

22. Pamięć robocza

23. Uczenie się i pamięć

24. Mentalna podróż w czasie

25. (Re)konsolidacja pamięci

26. Podejmowanie decyzji

27. Nagroda i motywacja

28. Przetwarzanie mowy

29. Funkcje wykonawcze

Dynamiczny mózg

30. Migracja komórek i odnajdywanie drogi przez aksony

31. Śmierć komórki

32. Przycinanie synaptyczne

33. Neuroplastyczność

34. Dorastanie

35. Stres i mózg

36. Starzejący się mózg

37. Neurodegeneracja

Burzenie dogmatów

38. Neurogeneza w dorosłym mózgu

39. Epigenetyka

40. Tryb spoczynkowy

41. Oscylacje fal mózgowych

42. Błąd predykcji

Nowe technologie, nowe wyzwania

43. Nerwowe komórki macierzyste

44. Stymulacja mózgu

45. Wzmocnienie funkcji poznawczych

46. Skanowanie mózgu

47. Dekodowanie

48. Interfejs mózg–komputer

49. Neuronauka i prawo

50. Neuroetyka

Glosariusz

O Autorze

Przypisy

Pozostałe rozdziały dostępne w pełnej wersji e-booka.

Wstęp

Początki współczesnej neuronauki można datować na lata 90. XIX wieku, wtedy to bowiem badacze po raz pierwszy ustalili, że układ nerwowy, jak wszystko, co żywe, składa się z komórek. Sto lat później prezydent Stanów Zjednoczonych George H.W. Bush ogłosił lata 90. XX wieku „dekadą mózgu” i od tej chwili badania nad działaniem tego niezwykle złożonego narządu nabrały niebywałego tempa. Można spotkać się z opinią, że w ciągu ostatniej dekady dowiedzieliśmy się o mózgu więcej niż przez całe poprzedzające ją stulecie. A mimo to dopiero dotknęliśmy czubka tej góry lodowej, której ogrom nadal czeka na odkrycie.

W tym krótkim czasie powstało wiele teorii na temat działania mózgu i tego, w jaki sposób powstają w nim nasze myśli i zachowania. Niektóre wczesne koncepcje, jak frenologia – XIX-wieczna dyscyplina, która próbowała skorelować cechy osobowości z kształtem głowy – miały duży wpływ na myślenie o mózgu, gdy się pojawiły, ale nie przetrwały próby czasu i zostały ostatecznie uznane za pseudonaukę. Inne, takie jak doktryna neuronowa – założenie, że mózg składa się z komórek – pozostają kluczowe dla współczesnej neuronauki.

Wraz z postępem technologii i coraz lepszym rozumieniem mózgu rośnie zainteresowanie opinii publicznej neuronauką i tym, co jej fascynujące odkrycia oznaczają dla życia przeciętnego człowieka. Jednocześnie badania mózgu otacza atmosfera sensacji, nie mówiąc już o bardzo niedokładnych doniesieniach z tychże badań.

Mity na temat mózgu wyrastają jak grzyby po deszczu, a niektóre z bardziej popularnych przykładów – jak to, że lewa półkula mózgowa jest „logiczna”, a prawa „kreatywna” – zyskują zwolenników, zwłaszcza w edukacji i biznesie.

Ta książka jest próbą podsumowania ponad wieku rozważań o mózgu. Zbiera ważne koncepcje neuronaukowe, aktualizuje te starsze w odniesieniu do nowych dowodów oraz przedstawia te, które pojawiły się niedawno. Ma wyjaśniać koncepcje w sposób szczegółowy i lekkostrawny zarazem; oddzielać ziarno od plew i odczarować tajemniczą materię w naszych głowach. Tam, gdzie jest to możliwe, omawiam sposób uprawiania nauki – stosowane techniki i doskonalenie koncepcji naukowych w miarę pojawiania się nowych dowodów.

Zdaniem niektórych uzyskanie lepszego zrozumienia działania mózgu pozwoli znaleźć odpowiedzi na najważniejsze pytania egzystencjalne. Nie pozwoli: badania mózgu nie są w stanie powiedzieć nam wszystkiego o nas samych, czyli co to znaczy być człowiekiem, ale otwierają drzwi do opracowania terapii wielu wyniszczających schorzeń, jak uzależnienia, choroba Alzheimera, udary mózgu i porażenia. Ta publikacja z ostrożnym optymizmem odnosi się również do tych nadziei.

Struktura i funkcja układu nerwowego

1 Układ nerwowy

Układ nerwowy składa się z dwóch głównych elementów. Jeden, ośrodkowy układ nerwowy – złożony z mózgu i rdzenia kręgowego – odbiera informacje z ciała i integruje jego działanie. Drugi, obwodowy układ nerwowy, to nerwy, które wysyłają i odbierają informacje z organizmu.

LINIA CZASU (rok)

1700 p.n.e.

Powstaje papirus Edwina Smitha, zawierający pierwszy opis układu nerwowego

900

Al-Razi w Kitab al-Hawi Fi Al Tibb opisuje nerwy czaszkowe

1543

Publikacja On the Workings of the Human Body, autorstwa Andreasa Vesaliusa

1641

Franciscus de la Boë Sylvius opisuje bruzdę z boku mózgu

1664

Thomas Willis publikuje Cerebri anatome

1695

Humphrey Ridley wydaje The Anatomy of the Brain

Mózg ludzki zawiera setki miliardów komórek ułożonych w wysoce zorganizowany sposób i panuje powszechne przekonanie, że jest to najbardziej złożona struktura w znanym nam Wszechświecie. A przy tym mózg waży zaledwie około 1,5 kg. Składa się z dwóch półkul, z których każda kontroluje i odbiera informacje z przeciwnej strony ciała. Kora mózgowa, pokrywająca każdą półkulę, dzieli się na cztery wyspecjalizowane płaty, odpowiadające za różne funkcje. Płaty są oddzielone od siebie głębokimi szczelinami (bruzdami).

Płat czołowy odpowiada za złożone funkcje umysłowe, takie jak rozumowanie i podejmowanie decyzji, zawiera także obszary ruchowe, które planują i odpowiadają za wykonanie ruchów dobrowolnych.

Płat ciemieniowy zawiera obszary somatosensoryczne, które przetwarzają informacje dotykowe z ciała. Płat ten integruje również różne rodzaje informacji sensorycznych dotyczących świadomości przestrzennej, czyli wiedzy o tym, jak nasze ciało jest zorientowane w przestrzeni.

Płat skroniowy otrzymuje informacje z uszu i jego zewnętrzna powierzchnia zawiera obszary wyspecjalizowane w rozumieniu mowy. Powierzchnia wewnętrzna obejmuje hipokamp, czyli strukturę o zasadniczym znaczeniu dla tworzenia wspomnień, która wraz z otaczającymi ją obszarami, odgrywa ważną rolę w orientacji przestrzennej.

Warstwy złożoności

Kora to bardzo pofałdowana, złożona tkanka widocznie umiejscowiona „na zewnątrz” mózgu. Kora ludzkiego mózgu zajmuje znacznie większą powierzchnię niż kora innych zwierząt – gdyby ją rozłożyć, zajęłaby 0,2 m^2. Pofałdowanie nadaje jej specyficzny wygląd, z licznymi zakrętami („górkami”) i bruzdami („szczelinami”). Kora ma zaledwie kilka milimetrów grubości, ale składa się z sześciu warstw, a w każdej z nich komórki ułożone są jednakowo. Pomimo jednolitej struktury kora zawiera dużą liczbę odrębnych obszarów, wyspecjalizowanych do wykonywania określonej funkcji.

Płat potyliczny znajduje się z tyłu mózgu i zawiera dziesiątki odrębnych regionów wyspecjalizowanych w przetwarzaniu i interpretowaniu informacji wzrokowych.

Odkryty mózg Pod korą znajduje się kilka dużych skupisk neuronów. Wzgórze leży w samym środku mózgu i przekazuje informacje z narządów zmysłów do odpowiednich obszarów mózgu. Wokół wzgórza znajdują się jądra podstawy – grupa struktur zaangażowanych głównie w kontrolę ruchów dobrowolnych. Układ limbiczny to kolejny zestaw struktur podkorowych, między jądrami podstawy a korą. Ewolucyjnie prymitywny, bywa czasem określany mianem „gadziego mózgu” i uczestniczy w procesach związanych z emocjami, nagrodą i motywacją. Obejmuje również hipokamp i ciało migdałowate – struktury ważne dla pamięci.

Śródmózgowie to niewielki obszar leżący na szczycie pnia mózgu. Zawiera skupiska neuronów kontrolujących ruch gałek ocznych i jest głównym źródłem dopaminy (neuroprzekaźnika). Neurony, które wytwarzają dopaminę, wytwarzają również pigment zwany melatoniną, nadający części śródmózgowia czarną barwę – stąd obszar ten nazywany jest istotą czarną (substantia nigra).

Tyłomózgowie składa się z trzech struktur ulokowanych w górnej części rdzenia kręgowego, które razem tworzą pień mózgu. Dolna część pnia mózgu, rdzeń przedłużony, kontroluje ważne funkcje mimowolne, takie jak oddychanie i częstość akcji serca, i jest ściśle związana z pobudzeniem. Nad rdzeniem znajduje się most łączący korę mózgową i rdzeń kręgowy; ta struktura także jest związana z pobudzeniem. Trzecim elementem tyłomózgowia jest móżdżek, biorący udział w kontrolowaniu równowagi i koordynowaniu ruchu, dlatego jest niezbędny do nauki umiejętności motorycznych, jak jazda na rowerze. Móżdżek ma też swój udział w emocjach i procesach myślowych.

Ludzki mózg (…) to najbardziej skomplikowana organizacja materii, jaką znamy.

Izaak Asimow, 1986

Neuronalna autostrada Rdzeń kręgowy, struktura w samym środku podstawowej sieci transportowej organizmu, jest ogromną wiązką złożoną z milionów włókien nerwowych przekazujących informacje między mózgiem a ciałem w tę i z powrotem. Ta bardzo delikatna struktura, chroniona przez kręgosłup, może samodzielnie, bez żadnych poleceń z mózgu, wykonywać niektóre funkcje, na przykład odpowiada za odruch kolanowy. Jest podzielona na segmenty, a nerwy wychodzą z niej i wchodzą w regularnych odstępach, w bardzo uporządkowany sposób (w przekroju rdzeń kręgowy przypomina motyla).

Włókna neuronu ruchowego opuszczają przód rdzenia kręgowego i biegną do mięśni, przekazując im informacje o dobrowolnym ruchu płynące z mózgu. Aksony neuronów czuciowych przenoszą informacje z ciała do tylnej części rdzenia kręgowego i tworzą połączenia z neuronami drugiego rzędu, które przekazują informacje do mózgu. Aksony neuronów ruchowych i czuciowych łączą się w nerwach obwodowych.

Przesyłanie informacji Na obwodowy układ nerwowy składają się wszystkie nerwy wychodzące z mózgu i rdzenia kręgowego. Ma on dwa różne elementy. Pierwszym jest somatyczny układ nerwowy, złożony z włókien nerwów czuciowych i ruchowych, które przenoszą informacje między ciałem a rdzeniem kręgowym – ta część bierze udział w doznaniach fizycznych i kontroli ruchów dobrowolnych. Drugim składnikiem jest autonomiczny układ nerwowy, który kontroluje serce, gruczoły dokrewne i niepodlegające świadomej kontroli mięśnie gładkie w naczyniach krwionośnych, oczach i jelitach.

Umysł, tajemnicza forma materii wydzielana przez mózg.

Ambrose Bierce, 1911

Autonomiczny układ nerwowy można podzielić na współczulny (inaczej sympatyczny) i przywspółczulny (parasympatyczny) – obie gałęzie pełnią przeciwstawne funkcje. Współczulny układ nerwowy wykorzystuje neuroprzekaźnik noradrenalinę do zwiększania częstości akcji serca, rozszerzania źrenic i dróg oddechowych oraz ograniczania przepływu krwi do układu pokarmowego. Efekty działania układu współczulnego przygotowują organizm do działania, tak zwanej reakcji „walki–ucieczki”. Natomiast przywspółczulny układ nerwowy wykorzystuje neuroprzekaźnik acetylocholinę do zwężenia źrenic i dróg oddechowych, spowolnienia akcji serca i nasilenia funkcji trawiennych.

Nerwy czaszkowe też są częścią obwodowego układu nerwowego. Wychodzą z pnia mózgu i przekazują informacje między mózgiem a narządami zmysłów. Nerw błędny, inaczej dziesiąty nerw czaszkowy, jest najdłuższy i rozgałęzia się aż do serca, klatki piersiowej i brzucha.

W KILKU SŁOWACH

Układ nerwowy jest niezwykle złożony i wysoce uporządkowany.